Zemes iekšējā struktūra
Nesen amerikāņu ģeofiziķis M. Herndons izvirzīja hipotēzi, ka Zemes centrā atrodas dabisks urāna un plutonija (jeb torija) "kodolreaktors", kura diametrs ir tikai 8 km. Šī hipotēze spēj izskaidrot zemes magnētiskā lauka apvērsumu, kas notiek ik pēc 200 000 gadu. Ja šis pieņēmums apstiprināsies, dzīvība uz Zemes var beigties 2 miljardus gadu agrāk, nekā gaidīts, jo gan urāns, gan plutonijs izdeg ļoti ātri. To izsīkšana novedīs pie tā magnētiskā lauka izzušanas, kas aizsargā zemi no īsviļņu saules starojuma, un rezultātā izzudīs visas bioloģiskās dzīvības formas. Šo teoriju komentēja Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis V.P. Trubitsins: “Gan urāns, gan torijs ir ļoti smagi elementi, kas planētas primārās vielas diferenciācijas procesā var nogrimt uz Zemes centru. Bet atomu līmenī tās tiek aiznestas ar viegliem elementiem, kas tiek ievesti zemes garozā, tāpēc visas urāna atradnes atrodas garozas augšējā slānī. Tas ir, ja arī šie elementi būtu koncentrēti klasteru veidā, tie varētu nolaisties kodolā, bet, saskaņā ar valdošajām idejām, tiem vajadzētu būt nelielam skaitam. Tādējādi, lai izteiktu apgalvojumus par Zemes urāna kodolu, ir jāsniedz saprātīgāks aprēķins par urāna daudzumu, kas nonācis dzelzs kodolā. Tas arī seko Zemes uzbūvei
2002. gada rudenī Hārvardas universitātes profesors A. Dzevonskis un viņa students M. Iši, pamatojoties uz datu analīzi no vairāk nekā 300 000 seismiskiem notikumiem, kas savākti 30 gadu laikā, ierosināja jaunu modeli, saskaņā ar kuru tā sauktais “visiekšējais ” kodols atrodas iekšējā kodolā, kura diametrs ir aptuveni 600 km: tā klātbūtne var liecināt par divu iekšējās kodola attīstības posmu esamību. Lai apstiprinātu šādu hipotēzi, ir nepieciešams izvietot vēl vairāk seismogrāfu visā pasaulē, lai veiktu detalizētāku anizotropijas (vielas fizikālo īpašību atkarību no virziena tās iekšienē) atlasi, kas raksturo pašu zemeslodes centru. Zeme.
Planētas individuālo seju, tāpat kā dzīvas būtnes izskatu, lielā mērā nosaka iekšējie faktori, kas rodas tās dziļajos dziļumos. Šos dziļumus ir ļoti grūti izpētīt, jo materiāli, kas veido Zemi, ir necaurspīdīgi un blīvi, tāpēc tiešo datu apjoms par dziļo zonu vielu ir ļoti ierobežots. Tajos ietilpst: tā sauktais minerālu agregāts (lielie iežu komponenti) no dabiskas īpaši dziļas akas - kimberlīta caurules Lesoto (Dienvidāfrikā), kas tiek uzskatīta par aptuveni 250 km dziļumā sastopamo iežu pārstāvi, kā kā arī kodols (cilindriskā akmens kolonna), kas izcelts no pasaulē dziļākās akas (12 262 m) Kolas pussalā. Planētas superdziļu izpēte neaprobežojas ar to. Divdesmitā gadsimta 70. gados Azerbaidžānas teritorijā - Saably akā (8324 m) tika veikta zinātniskā kontinentālā urbšana. Un Bavārijā pagājušā gadsimta 90. gadu sākumā tika ierīkota īpaši dziļa aka KTB-Oberpfalz, kuras izmērs pārsniedza 9000 m.
Mūsu planētas pētīšanai ir daudz ģeniālu un interesantu metožu, taču galvenā informācija par tās iekšējo uzbūvi tiek iegūta zemestrīču un spēcīgu sprādzienu laikā notiekošo seismisko viļņu pētījumu rezultātā. Katru stundu dažādos Zemes punktos tiek reģistrētas aptuveni 10 zemes virsmas svārstības. Šajā gadījumā rodas divu veidu seismiskie viļņi: garenvirziena un šķērsvirziena. Abu veidu viļņi var izplatīties cietā vielā, bet tikai gareniskie viļņi var izplatīties šķidrumos. Zemes virsmas pārvietojumus reģistrē seismogrāfi, kas uzstādīti visā pasaulē. Novērojumi par ātrumu, ar kādu viļņi pārvietojas pa zemi, ļauj ģeofiziķiem noteikt iežu blīvumu un cietību dziļumos, kas nav pieejami tiešai izpētei. No seismiskiem datiem zināmo blīvumu salīdzinājums ar laboratoriskajos eksperimentos ar akmeņiem iegūto (kur tiek modelēta noteiktam zemes dziļumam atbilstoša temperatūra un spiediens) ļauj izdarīt secinājumu par zemes iekšpuses materiālo sastāvu. . Jaunākie ģeofizikas dati un eksperimenti, kas saistīti ar minerālu strukturālo transformāciju izpēti, ļāva modelēt daudzas Zemes dzīlēs notiekošās struktūras, sastāva un procesu pazīmes.
Jau 17. gadsimtā pārsteidzošā Āfrikas rietumu krasta un Dienvidamerikas austrumu krasta piekrastes kontūru sakritība dažiem zinātniekiem lika domāt, ka kontinenti “staigā” ap planētu. Bet tikai trīs gadsimtus vēlāk, 1912. gadā, vācu meteorologs Alfrēds Lotārs Vēgeners detalizēti izklāstīja savu kontinentālās novirzes hipotēzi, saskaņā ar kuru kontinentu relatīvās pozīcijas ir mainījušās visā Zemes vēsturē. Tajā pašā laikā viņš izvirzīja daudzus argumentus par labu tam, ka tālā pagātnē kontinenti tika apvienoti. Papildus piekrastes līniju līdzībai viņš atklāja ģeoloģisko struktūru atbilstību, reliktu kalnu grēdu nepārtrauktību un fosilo atlieku identitāti dažādos kontinentos. Profesors Vēgeners aktīvi aizstāvēja ideju par viena superkontinenta Pangea pastāvēšanu pagātnē, tā sadalīšanos un sekojošo izveidoto kontinentu novirzīšanos dažādos virzienos. Bet šī neparastā teorija netika uztverta nopietni, jo no tā laika viedokļa šķita pilnīgi nesaprotami, ka milzu kontinenti var patstāvīgi pārvietoties ap planētu. Turklāt pats Vegeners nevarēja nodrošināt piemērotu "mehānismu", kas spētu pārvietot kontinentus.
Šī zinātnieka ideju atdzimšana notika okeānu dibena pētījumu rezultātā. Fakts ir tāds, ka kontinentālās garozas ārējais reljefs ir labi zināms, bet okeāna dibens, ko daudzus gadsimtus droši klāja daudzi kilometri ūdens, palika nepieejama izpētei un kalpoja kā neizsmeļams visu veidu leģendu un mītu avots. Būtisks solis uz priekšu tās reljefa izpētē bija precīzās eholotes izgudrošana, ar kuras palīdzību radās iespēja nepārtraukti mērīt un fiksēt dibena dziļumu pa kuģa kustības līniju. Viens no pārsteidzošajiem okeāna dibena intensīvās izpētes rezultātiem ir jauni dati par tās topogrāfiju. Mūsdienās okeāna dibena topogrāfiju ir vieglāk kartēt, pateicoties satelītiem, kas ļoti precīzi mēra jūras virsmas “augstumu”: tas precīzi atspoguļo jūras līmeņa atšķirības dažādās vietās. Plakanā dibena, bez īpašām pazīmēm, ar dūņām klāta dibena vietā tika atklāti dziļi grāvji un stāvas klintis, milzu kalnu grēdas un lielākie vulkāni. Īpaši skaidri kartēs izceļas Vidusatlantijas kalnu grēda, kas Atlantijas okeānu griež tieši pa vidu.
Izrādījās, ka okeāna dibens noveco, attālinoties no okeāna vidus grēdas, “izplatoties” no tās centrālās zonas ar ātrumu vairākus centimetrus gadā. Šī procesa darbība var izskaidrot kontinenta robežu aprises līdzību, ja pieņemam, ka starp sadalītā kontinenta daļām veidojas jauna okeāna grēda, un okeāna dibens, simetriski augot abās pusēs, veido jaunu okeānu. . Iespējams, šādā veidā radās Atlantijas okeāns, kura vidū atrodas Vidusatlantijas grēda. Bet, ja jūras dibena platība palielinās un Zeme neizplešas, tad kaut kam globālajā garozā ir jāsabrūk, lai kompensētu šo procesu. Tieši tas notiek Klusā okeāna lielākās daļas malās. Šeit litosfēras plāksnes saplūst, un viena no saduras plāksnēm nogrimst zem otras un nonāk dziļi zemē. Šādas sadursmes vietas iezīmē aktīvi vulkāni, kas stiepjas gar Klusā okeāna krastiem, veidojot tā saukto "uguns gredzenu".
Tiešā jūras gultnes urbšana un pacelto iežu vecuma noteikšana apstiprināja paleomagnētisko pētījumu rezultātus. Šie fakti veidoja jaunās globālās tektonikas jeb litosfēras plātņu tektonikas teorijas pamatu, kas radīja īstu revolūciju zemes zinātnēs un radīja jaunu izpratni par planētas ārējiem apvalkiem. Šīs teorijas galvenā ideja ir plākšņu horizontālā kustība.
Kā dzima zeme
Saskaņā ar mūsdienu kosmoloģiskajiem jēdzieniem Zeme kopā ar citām planētām veidojās apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu no gabaliem un atkritumiem, kas riņķoja ap jauno Sauli. Tas auga, apņemdams apkārtējo vielu, līdz sasniedza pašreizējo izmēru. Sākumā augšanas process bija ļoti vardarbīgs, un nepārtrauktam krītošu ķermeņu lietum vajadzēja izraisīt tā ievērojamu uzsilšanu, jo daļiņu kinētiskā enerģija tika pārvērsta siltumā. Triecienu laikā radās krāteri, un no tiem izmestā viela vairs nevarēja pārvarēt gravitācijas spēku un nokrita atpakaļ, un, jo lielāki bija krītošie ķermeņi, jo vairāk tie karsēja Zemi. Krītošo ķermeņu enerģija vairs netika izlaista uz virsmas, bet gan planētas dzīlēs, kam nebija laika izstarot kosmosā. Lai gan sākotnējais vielu maisījums lielā mērogā varēja būt viendabīgs, zemes masas uzkarsēšana gravitācijas saspiešanas un tās gružu bombardēšanas rezultātā maisījums izkusa un radušies šķidrumi gravitācijas ietekmē atdalījās no atlikušajiem. cietās daļas. Vielas pakāpeniskajai pārdalei dziļumā atbilstoši blīvumam vajadzēja novest pie tās noslāņošanās atsevišķos apvalkos. Vieglākās, ar silīciju bagātās vielas atdalījās no blīvākajām, saturošām dzelzi un niķeli un veidoja pirmo zemes garozu. Pēc aptuveni miljarda gadu, kad zeme ievērojami atdzisa, zemes garoza sacietēja, pārvēršoties par cietu planētas ārējo apvalku. Atdziestot, zeme no tās kodola izsvieda daudz dažādu gāzu (parasti tas notika vulkānu izvirdumu laikā) - vieglās, piemēram, ūdeņradis un hēlijs, pārsvarā izplūda kosmosā, bet, tā kā zemes gravitācijas spēks jau bija diezgan liels, tas palika smagāks. Viņi vienkārši veidoja zemes atmosfēras pamatu. Daļa atmosfēras ūdens tvaiku kondensējās, un uz zemes parādījās okeāni.
Ko tagad?
Zeme nav lielākā, bet ne mazākā planēta starp saviem kaimiņiem. Tā ekvatoriālais rādiuss, kas vienāds ar 6378 km, ikdienas rotācijas radītā centrbēdzes spēka dēļ ir par 21 km lielāks nekā polārais. Spiediens Zemes centrā ir 3 miljoni atm, un vielas blīvums ir aptuveni 12 g/cm3. Mūsu planētas masa, kas konstatēta ar eksperimentāliem gravitācijas fiziskās konstantes un gravitācijas paātrinājuma mērījumiem pie ekvatora, ir 6*1024 kg, kas atbilst vidējam vielas blīvumam 5,5 g/cm3. Minerālu blīvums uz virsmas ir aptuveni puse no vidējā blīvuma, kas nozīmē, ka vielas blīvumam planētas centrālajos reģionos jābūt lielākam par vidējo vērtību. Arī Zemes inerces moments, kas ir atkarīgs no vielas blīvuma sadalījuma pa rādiusu, liecina par būtisku vielas blīvuma pieaugumu no virsmas līdz centram. No Zemes zarnām pastāvīgi izdalās siltuma plūsma, un, tā kā siltumu var pārnest tikai no karsta uz aukstu, temperatūrai planētas dzīlēs jābūt augstākai nekā uz tās virsmas. Dziļi urbumi ir parādījuši, ka temperatūra palielinās līdz ar dziļumu par aptuveni 20°C uz kilometru un dažādās vietās atšķiras. Ja temperatūras paaugstināšanās turpinātos nepārtraukti, tad pašā Zemes centrā tā sasniegtu desmitiem tūkstošu grādu, taču ģeofizikālie pētījumi liecina, ka patiesībā temperatūrai šeit vajadzētu būt vairākiem tūkstošiem grādu.
Zemes garozas (ārējā apvalka) biezums svārstās no dažiem kilometriem (okeāna reģionos) līdz vairākiem desmitiem kilometru (kontinentu kalnu reģionos). Zemes garozas sfēra ir ļoti maza, veidojot tikai aptuveni 0,5% no planētas kopējās masas. Galvenais garozas sastāvs ir silīcija, alumīnija, dzelzs un sārmu metālu oksīdi. Kontinentālajā garozā, kas satur augšējo (granīta) un apakšējo (bazalta) slāni zem nogulumu slāņa, atrodas senākie Zemes ieži, kuru vecums tiek lēsts vairāk nekā 3 miljardu gadu vecumā. Okeāna garoza zem nogulumiežu slāņa satur galvenokārt vienu slāni, kas pēc sastāva ir līdzīgs bazaltam. Nogulumiežu segas vecums nepārsniedz 100-150 miljonus gadu.
Joprojām noslēpumainais Moho slānis (nosaukts serbu seismologa Mohoroviča vārdā, kurš to atklāja 1909. gadā) atdala zemes garozu no tās pamatā esošās mantijas, kurā seismisko viļņu izplatīšanās ātrums strauji palielinās.
Mantija veido aptuveni 67% no planētas kopējās masas. Augšējās mantijas cietais slānis, kas stiepjas dažādos dziļumos zem okeāniem un kontinentiem, kopā ar zemes garozu tiek saukts par litosfēru - visstingrāko Zemes apvalku. Zem tā iezīmējas slānis, kurā ir neliels seismisko viļņu izplatīšanās ātruma samazinājums, kas liecina par savdabīgu vielas stāvokli. Šo slāni, kas ir mazāk viskozs un plastiskāks attiecībā pret slāņiem virs un apakšā, sauc par astenosfēru. Tiek uzskatīts, ka mantijas matērija atrodas nepārtrauktā kustībā, un tiek uzskatīts, ka relatīvi dziļos mantijas slāņos, palielinoties temperatūrai un spiedienam, notiek matērijas pāreja uz blīvākām modifikācijām. Šādu pāreju apstiprina arī eksperimentālie pētījumi.
Apakšējā mantijā 2900 km dziļumā notiek straujš lēciens ne tikai garenviļņu ātrumā, bet arī blīvumā, un šķērsviļņi šeit pilnībā izzūd, kas liecina par iežu materiālā sastāva izmaiņām. Šī ir Zemes kodola ārējā robeža.
Zemes kodols tika atklāts 1936. gadā. Bija ārkārtīgi grūti to attēlot, jo to sasniedza un uz virsmas atgriežas maz seismisko viļņu. Turklāt ārkārtējo temperatūru un spiedienu kodolā jau sen ir bijis grūti reproducēt laboratorijā. Zemes kodols ir sadalīts 2 atsevišķos reģionos: šķidrā (ĀRĒJS KODOLS) un cietā (BHUTPEHHE), pāreja starp tiem atrodas 5156 km dziļumā. Dzelzs ir elements, kas atbilst kodola seismiskajām īpašībām un ir plaši izplatīts Visumā, veidojot aptuveni 35% no tā masas planētas kodolā. Saskaņā ar mūsdienu datiem ārējais kodols ir rotējoša kausēta dzelzs un niķeļa plūsma, kas ir labs elektrības vadītājs. Tieši ar viņu ir saistīta zemes magnētiskā lauka izcelsme, ņemot vērā, ka elektriskās strāvas, kas plūst šķidrajā kodolā, rada globālu magnētisko lauku. Tas ietekmē apvalka slāni, kas saskaras ar ārējo serdi, jo temperatūra serdenī ir augstāka nekā apvalkā. Vietām šis slānis ģenerē milzīgas siltuma un masu plūsmas, kas vērstas uz Zemes virsmu – plūmēm.
IEKŠĒJAIS CIETAIS KODS nav savienots ar apvalku. Tiek uzskatīts, ka tā cieto stāvokli, neskatoties uz augsto temperatūru, nodrošina gigantisks spiediens Zemes centrā. Tiek ierosināts, ka papildus dzelzs un niķeļa sakausējumiem kodolā vajadzētu būt arī vieglākiem elementiem, piemēram, silīcijam un sēram, kā arī, iespējams, silīcijam un skābeklim. Jautājums par Zemes kodola stāvokli joprojām ir strīdīgs. Palielinoties attālumam no virsmas, palielinās saspiešana, kurai viela tiek pakļauta. Aprēķini liecina, ka spiediens zemes kodolā var sasniegt 3 miljonus atm. Tajā pašā laikā daudzas vielas ir it kā metalizētas - tās nonāk metāliskā stāvoklī. Bija pat hipotēze, ka Zemes kodols sastāv no metāliskā ūdeņraža.
Lai saprastu, kā ģeologi veidoja Zemes uzbūves modeli, ir jāzina pamatīpašības un to parametri, kas raksturo visas Zemes daļas. Šīs īpašības (vai raksturlielumi) ietver:
1. Fizikālais - blīvums, elastīgās magnētiskās īpašības, spiediens un temperatūra.
2. Ķīmiskā - ķīmiskais sastāvs un ķīmiskie savienojumi, ķīmisko elementu izplatība uz Zemes.
Pamatojoties uz to, tiek noteikta Zemes sastāva un struktūras izpētes metožu izvēle. Apskatīsim tos īsi.
Pirmkārt, mēs atzīmējam, ka visas metodes ir sadalītas:
tiešs - pamatojoties uz tiešu derīgo izrakteņu un iežu izpēti un to izvietojumu Zemes slāņos;
· netiešā - balstīta uz minerālu, iežu un slāņu fizikālo un ķīmisko parametru izpēti ar instrumentu palīdzību.
Ar tiešajām metodēm mēs varam pētīt tikai Zemes augšējo daļu, jo. dziļākā aka (Kolskaya) sasniedza ~12 km. Par dziļākajām vietām var spriest pēc vulkānu izvirdumiem.
Zemes dziļā iekšējā uzbūve tiek pētīta ar netiešām metodēm, galvenokārt ar ģeofizikālo metožu kompleksu. Apsvērsim galvenos.
1.seismiskā metode(grieķu seismos — kratīšana) — balstās uz elastīgo vibrāciju (vai seismisko viļņu) rašanās un izplatīšanās fenomenu dažādos medijos. Elastīgās svārstības uz Zemes rodas zemestrīču, meteorītu kritienu vai sprādzienu laikā un sāk izplatīties dažādos ātrumos no to rašanās avota (zemestrīces avota) līdz Zemes virsmai. Ir divu veidu seismiski viļņi:
1-gareniskie P-viļņi (ātrākie), iziet cauri visiem medijiem - cietiem un šķidriem;
2 šķērsvirziena S viļņi ir lēnāki un iziet tikai caur cieto vidi.
Seismiskie viļņi zemestrīču laikā rodas dziļumā no 10 km līdz 700 km. Seismisko viļņu ātrums ir atkarīgs no to iežu elastības īpašībām un blīvuma, ko tie šķērso. Sasniedzot Zemes virsmu, šķiet, ka tie spīd cauri tai un sniedz priekšstatu par vidi, kuru viņi šķērsoja. Ātruma izmaiņas sniedz priekšstatu par Zemes neviendabīgumu un stratifikāciju. Papildus ātruma maiņai seismiskie viļņi piedzīvo refrakciju, šķērsojot neviendabīgus slāņus, vai atstarojumu no virsmas, kas atdala slāņus.
2.gravimetriskā metode ir balstīta uz gravitācijas paātrinājuma Dg izpēti, kas ir atkarīga ne tikai no ģeogrāfiskā platuma, bet arī no Zemes matērijas blīvuma. Pamatojoties uz šī parametra izpēti, tika konstatēta blīvuma sadalījuma neviendabība dažādās Zemes daļās.
3.magnetometriskā metode- pamatojoties uz Zemes vielas magnētisko īpašību izpēti. Daudzi mērījumi ir parādījuši, ka dažādi ieži atšķiras viens no otra pēc magnētiskajām īpašībām. Tas noved pie apgabalu veidošanās ar neviendabīgām magnētiskām īpašībām, kas ļauj spriest par Zemes uzbūvi.
Salīdzinot visus raksturlielumus, zinātnieki ir izveidojuši Zemes struktūras modeli, kurā izšķir trīs galvenās zonas (jeb ģeosfēras):
1-Zemes garoza, 2-Zemes apvalks, 3-Zemes kodols.
Katrs no tiem, savukārt, ir sadalīts zonās vai slāņos. Apsveriet tos un tabulā apkopojiet galvenos parametrus.
1.Zemes garoza(A slānis) ir Zemes augšējais apvalks, tā biezums svārstās no 6-7 km līdz 75 km.
2.Zemes mantija sadalīts augšējā (ar slāņiem: B un C) un apakšējā (slānis D).
3. Kodols - sadalīts ārējā (slānis E) un iekšējā (slānis G), starp kuriem ir pārejas zona - slānis F.
robeža starp zemes garoza un mantija ir Mohoroviča sadaļa, starp mantija un kodols arī asa robeža - Gūtenbergas posms.
Tabulā redzams, ka garenvirziena un šķērsenisko viļņu ātrums palielinās no Zemes virsmas uz dziļākām sfērām.
Augšējā apvalka iezīme ir zonas klātbūtne, kurā šķērsviļņu ātrums strauji samazinās līdz 0,2–0,3 km/s. Tas izskaidrojams ar to, ka līdz ar cieto stāvokli apvalku daļēji attēlo kausējums. Šo samazināto ātrumu slāni sauc astenosfēra. Tās biezums ir 200-300 km, dziļums 100-200 km.
Uz robežas starp apvalku un serdi ir vērojams straujš garenviļņu ātruma samazinājums un šķērsviļņu ātruma vājināšanās. Pamatojoties uz to, tika pieņemts, ka ārējais kodols ir izkusis.
Ģeosfēru blīvuma vidējās vērtības parāda tā pieaugumu virzienā uz kodolu.
Par Zemes un tās ģeosfēru ķīmisko sastāvu sniedz priekšstatu:
1- zemes garozas ķīmiskais sastāvs,
2 - meteorītu ķīmiskais sastāvs.
Zemes garozas ķīmiskais sastāvs ir izpētīts pietiekami detalizēti - ir zināms tās masīvais ķīmiskais sastāvs un ķīmisko elementu loma minerālu un iežu veidošanā. Situācija ir sarežģītāka attiecībā uz mantijas un serdes ķīmiskā sastāva izpēti. Mēs to nevaram izdarīt ar tiešām metodēm. Tāpēc tiek izmantota salīdzinošā pieeja. Sākuma punkts ir pieņēmums par protoplanetāru līdzību starp zemē nokritušo meteorītu sastāvu un Zemes iekšējām ģeosfērām.
Visi meteorīti, kas skāra Zemi, ir sadalīti tipos pēc to sastāva:
1-dzelzs, sastāv no Ni un 90% Fe;
2-dzelzs akmeņi (siderolīti) sastāv no Fe un silikātiem,
3-akmens, kas sastāv no Fe-Mg silikātiem un niķeļa dzelzs ieslēgumiem.
Pamatojoties uz meteorītu analīzi, eksperimentāliem pētījumiem un teorētiskiem aprēķiniem, zinātnieki norāda (saskaņā ar tabulu), ka kodola ķīmiskais sastāvs ir niķeļa dzelzs. Tiesa, pēdējos gados izskan viedoklis, ka bez Fe-Ni piemaisījumi kodolā var būt S, Si vai O. Mantijai ķīmisko spektru nosaka Fe-Mg silikāti, ti savdabīgs olivīns-piroksēns pirolīts veido apakšējo apvalku, bet augšējo - ultramafiska sastāva iežus.
Zemes garozas ķīmiskais sastāvs ietver maksimālo ķīmisko elementu klāstu, kas atklājas līdz šim zināmo minerālu sugu daudzveidībā. Kvantitatīvā attiecība starp ķīmiskajiem elementiem ir diezgan liela. Zemes garozā un mantijā visbiežāk sastopamo elementu salīdzinājums parāda, ka Si, Al un O 2 spēlē vadošo lomu.
Tādējādi, ņemot vērā Zemes galvenās fizikālās un ķīmiskās īpašības, mēs redzam, ka to vērtības nav vienādas, tās ir sadalītas zonāli. Tādējādi sniedzot priekšstatu par Zemes neviendabīgo struktūru.
Zemes garozas uzbūve
Zemes garozas struktūrā ir iesaistīti agrāk uzskatītie iežu veidi - magmatiskie, nogulumieži un metamorfie. Pēc to fizikālajiem un ķīmiskajiem parametriem visi zemes garozas ieži ir sagrupēti trīs lielos slāņos. No apakšas uz augšu tas ir: 1-bazalts, 2-granīts-gneiss, 3-nogulumieži. Šie slāņi zemes garozā ir sadalīti nevienmērīgi. Pirmkārt, tas izpaužas katra slāņa jaudas svārstībās. Turklāt ne visās daļās ir redzams pilns slāņu komplekts. Tāpēc detalizētāks pētījums ļāva izdalīt četrus zemes garozas veidus pēc sastāva, struktūras un biezuma: 1-kontinentālo, 2-okeānisko, 3-subkontinentālo, 4-subokeānisko.
1. Kontinentālais tips- kalnu struktūrās ir biezums no 35-40 km līdz 55-75 km, satur visus trīs slāņus. Bazalta slāni veido gabro tipa ieži un metamorfie amfibolīta un granulīta fācijas ieži. To sauc tāpēc, ka pēc fiziskajiem parametriem tas ir tuvu bazaltiem. Granīta slāņa sastāvs ir gneisi un granīta gneisi.
2.Okeāna tips- krasi atšķiras no kontinentālā biezuma (5-20 km, vidēji 6-7 km) un granīta-gneisa slāņa neesamības. Tās struktūrā piedalās divi slāņi: pirmais slānis ir nogulsnēts, plāns (līdz 1 km), otrais slānis ir bazalts. Daži zinātnieki izšķir trešo slāni, kas ir otrās kārtas turpinājums, t.i. ir bazalta sastāvs, bet sastāv no mantijas ultramafiskajiem iežiem, kas ir izgājuši serpentinizāciju.
3. Subkontinentālais tips- ietver visus trīs slāņus un ir tuvu kontinentālajam. Bet tas izceļas ar mazāku granīta slāņa biezumu un sastāvu (mazāk gneisu un vairāk vulkānisko skābes sastāva iežu). Šis tips ir sastopams uz kontinentu un okeānu robežas ar intensīvu vulkānisma izpausmi.
4. Subokeāna tips- atrodas dziļās zemes garozas ieplakās (iekšējās jūrās, piemēram, Melnajā un Vidusjūrā). Tas atšķiras no okeāna tipa ar lielāku nogulumu slāņa biezumu līdz 20-25 km.
Zemes garozas veidošanās problēma.
Pēc Vinogradova domām, zemes garozas veidošanās process notika pēc principa zonas kušana. Procesa būtība: Proto-Zemes viela, tuvu meteorītam, radioaktīvās karsēšanas rezultātā izkusa un vieglākā silikāta daļa izcēlās uz virsmas, un kodolā koncentrējās Fe-Ni. Tādējādi notika ģeosfēru veidošanās.
Jāņem vērā, ka zemes garoza un augšējās mantijas cietā daļa ir apvienota litosfēra, zem kura ir astenosfēra.
tektonosfēra- šī ir litosfēra un daļa no augšējās mantijas līdz 700 km dziļumam (ti, līdz dziļāko zemestrīču avotu dziļumam). Tā nosaukta tāpēc, ka šeit notiek galvenie tektoniskie procesi, kas nosaka šīs ģeosfēras pārstrukturēšanos.
Galvenais ģeoloģijas izpētes objekts ir zemes garoza, zemes ārējais cietais apvalks, kam ir ārkārtīgi liela nozīme cilvēka dzīves un darbības īstenošanā. Pētot Zemes un zemes garozas sastāvu, uzbūvi un attīstības vēsturi, jo īpaši ģeologi izmanto: novērojumus; pieredze vai eksperiments, tostarp dažādas pētniecības metodes gan pašas, gan citās dabaszinātnēs, piemēram, fizikāli ķīmiskās, bioloģiskās u.c.; modelēšana; analoģijas metode; teorētiskā analīze; loģiskās konstrukcijas (hipotēzes) utt.
Šajā sadaļā aplūkota Zemes izcelsme, tās forma un uzbūve, sastāvs, zemes garozas attīstības vēsture (ģeohronoloģija); zemes garozas tektoniskās kustības, virsmas formas (reljefs).
ZEMES IZCELSME, FORMA UN UZBŪVE ZEMES IZCELSME
Saules sistēmu veido debess ķermeņi. Tajā ietilpst: Saule, deviņas lielas planētas, tostarp Zeme, un desmitiem tūkstošu mazu planētu, komētas un daudzi meteoroīdi. Saules sistēma ir sarežģīta un daudzveidīga pasaule, kas vēl nebūt nav izpētīta.
Jautājums par Zemes izcelsmi ir vissvarīgākais dabaszinātņu jautājums. Vairāk nekā 100 gadus ir atzīta Kanta-Laplasa hipotēze, saskaņā ar kuru Saules sistēma veidojās no milzīga karstai gāzei līdzīga miglāja, kas griezās.
Xia ap asi, un Zeme sākumā atradās šķidrā stāvoklī, bet pēc tam kļuva par cietu ķermeni.
Zinātnes tālākā attīstība parādīja šīs hipotēzes neveiksmi. XX gadsimta 40. gados. akad. O.Yu. Šmits izvirzīja jaunu Saules sistēmas planētu, tostarp Zemes, izcelsmes hipotēzi, saskaņā ar kuru Saule savā ceļā šķērsoja un satvēra vienu no Galaktikas putekļu uzkrājumiem, tāpēc planētas veidojās nevis no karstām gāzēm. , bet gan no putekļu daļiņām, kas riņķo ap Sauli. Šajā klasterī laika gaitā radās sablīvēti matērijas recekļi, kas radīja planētas.
Zeme, saskaņā ar O.Yu. Schmidt, sākotnēji bija auksts. Tā dziļuma karsēšana sākās, kad tas sasniedza lielus izmērus. Tas notika siltuma izdalīšanās dēļ tajā esošo radioaktīvo vielu sabrukšanas rezultātā. Zemes zarnas ieguva plastisku stāvokli, blīvākas vielas koncentrējās tuvāk planētas centram, gaišākas - tās perifērijā. Notika Zemes noslāņošanās atsevišķos apvalkos. Saskaņā ar O.Yu hipotēzi. Šmita, noslāņošanās turpinās līdz mūsdienām. Pēc vairāku zinātnieku domām, tas ir galvenais kustību cēlonis zemes garozā, t.i., tektonisko procesu cēlonis.
Hipotēze par V.G. Fesenkovs, kurš uzskata, ka kodolprocesi notiek zvaigžņu, tostarp Saules, iekštelpās. Vienā no periodiem tas izraisīja strauju Saules saraušanos un griešanās ātruma palielināšanos. Tajā pašā laikā izveidojās gara dzega, kas pēc tam atdalījās un sadalījās atsevišķās planētās. Pārskats par hipotēzēm par Zemes izcelsmi un visticamāko tās rašanās shēmu ir detalizēti aplūkots I. I. grāmatā. Potapovs "Ģeoloģija un ekoloģija mūsdienās" (1999).
ĪSS ZEMES GLOBĀLĀS EVOLŪCIJAS APSKATS
Saules sistēmas planētu izcelsme un to evolūcija tika aktīvi pētīta 20. gadsimtā. O.Yu fundamentālajos darbos. Šmits, V.S. Safronovs, X. Alvens un G. Arheniuss, A.V. Vityazevs, A. Gingvuds, V.E. Haina, O.G. Sorokhtina, S.A. Umanova, L.M. Naimarks, V. Elsasers, N.A. Božko, A. Smits, J. Juraidens un citi Saskaņā ar mūsdienu kosmoloģiskajiem jēdzieniem, ko noteica O. Ju. Šmits, Zeme un Mēness, kā arī citas Saules sistēmas planētas radās gāzu un putekļu protoplanetārā mākoņa cieto daļiņu uzkrāšanās (salipšanas un tālākas izaugsmes) dēļ. Pirmajā posmā Zemes augšana norisinājās paātrinātā akrecijas režīmā, bet, tā kā cietās vielas rezerves protoplanetārā mākoņa planetezimālo planētu barā bija izsmeltas, šī izaugsme pakāpeniski palēninājās. Zemes akrecijas procesu pavadīja milzīgs gravitācijas enerģijas daudzums, aptuveni 23,3 10 th. Šāds enerģijas daudzums spēja ne tikai izkausēt vielu, bet pat to izšķīdināt, taču lielākā daļa šīs enerģijas tika atbrīvota Zemes protonu tuvējā daļā un tika zaudēta termiskā starojuma veidā. Bija nepieciešami 100 miljoni gadu, lai Zeme izveidotu 99% no tās pašreizējās masas.
Pirmajā posmā jaunā Zeme tūlīt pēc tās veidošanās bija salīdzinoši auksts ķermenis, un tās iekšpuses temperatūra nepārsniedza Zemes vielas kušanas temperatūru, jo planētas veidošanās laikā netika novērota. tikai sasilšana notika planētu krītošu planētu dēļ, bet arī atdzišana no siltuma zudumiem apkārtējā telpā, turklāt Zemei bija viendabīgs sastāvs. Zemes tālāko evolūciju nosaka tās sastāvs, siltuma rezerve un mijiedarbības ar Mēnesi vēsture. Sastāva ietekme izpaužas galvenokārt ar radioaktīvo elementu sabrukšanas enerģiju un zemes vielas gravitācijas diferenciāciju.
Pirms planētu sistēmas veidošanās Saules zvaigzne bija gandrīz klasisks sarkanais gigants. Šāda veida zvaigznes ūdeņraža sadegšanas iekšējo kodolreakciju rezultātā veido smagākus ķīmiskos elementus, izdalot milzīgu enerģijas daudzumu un radot spēcīgu gaismas spiedienu no virsmas uz gāzveida atmosfēru. Šī spiediena un milzīgās pievilcības kopējās ietekmes rezultātā zvaigznes atmosfēra piedzīvoja alternatīvu saspiešanu un izplešanos. Šis process gāzveida čaulas masas dinamiska pieauguma apstākļos turpinājās līdz rezonanses rezultātā ārējais gāzveida apvalks, atraujoties no Saules, pārvērtās par planētu miglāju.
Zvaigznes spēka magnētiskā lauka ietekmē planētas miglāja jonizētā viela tika pakļauta to ķīmisko elementu elektromagnētiskai atdalīšanai. Pakāpenisks siltumenerģijas zudums un gāzu elektriskie lādiņi lika tām salipt kopā. Tajā pašā laikā zvaigznes magnētiskā lauka ietekmē akrecijas rezultātā izveidojās efektīva griešanās momenta pārnešana uz planetezimāliem, kas kalpoja par visu Saules sistēmas planētu veidošanās sākumu. , tika nodrošināts. Ja jonizētie ķīmiskie elementi zaudēja lādiņu, pēdējie pārvērtās par molekulām, kas reaģēja viena ar otru, veidojot vienkāršākos ķīmiskos savienojumus: hidrīdus, karbīdus, oksīdus, cianīdus, sulfīdus un dzelzs hlorīdus utt.
Pakāpeniskas sablīvēšanās, sildīšanas un vielas tālākas diferenciācijas process izveidotajās planētās notika, satverot daļiņas no apkārtējās telpas. Topošās protoplanētas centrā metāli bija koncentrēti matērijas gravitācijas atdalīšanas dēļ. Ap šo zonu tika savākti dzelzs un niķeļa karbīdi, dzelzs sulfīds un dzelzs oksīdi. Tādējādi izveidojās ārējais šķidrais kodols, kura apvalkā bija silīcija un alumīnija hidrīdi un oksīdi, ūdens, metāns, ūdeņradis, magnija, kālija, nātrija, kalcija un citu savienojumu oksīdi. Šajā gadījumā notika izveidotā apvalka zonas kušana un planētas virsmas samazināšanās un tilpuma samazināšanās. Nākamie posmi bija mantijas veidošanās, proto-garoza un astenosfēras kušana. Protokors tika sasmalcināts iepriekš minētā apjoma un virsmas samazināšanās dēļ. Sakarā ar to uz virsmas tika izlieti bazalti, kas pēc atdzesēšanas atkal iegrima mantijas dziļajā daļā un tika pakļauti nākamajai pārkausēšanai; tad daļa bazalta garozas pakāpeniski pārvērtās granītā.
Zemes virsmas slāņi veidošanās stadijā sastāvēja no smalki poraina regolīta, kas sava ultrabāziskā sastāva dēļ aktīvi saistīja atbrīvoto ūdeni un oglekļa dioksīdu. Zemes kopējo siltuma rezervi un temperatūras sadalījumu tās zarnās noteica planētas augšanas ātrums. Kopumā, atšķirībā no Mēness, Zeme nekad nav pilnībā izkususi, un Zemes kodola veidošanās ilga aptuveni 4 miljardus gadu.
Aukstās un tektoniski pasīvās Zemes stāvoklis turpinājās aptuveni 600 Ma. Tajā laikā planētas zarnas lēnām sasiluši, un pirms aptuveni 4 miljardiem gadu uz Zemes parādījās aktīva granitizācija un izveidojās astenosfēra. Tajā pašā laikā Mēness kā vismasīvākais satelīts "attīrīja" no Zemei tuvās telpas visus mazākos pavadoņus un mikromēnešus, kas tur atradās,
un uz paša Mēness notika bazalta magmatisma uzliesmojums, kas sakrita ar tektoniskās aktivitātes sākumu uz Zemes (periods ilga no 4,0 līdz 3,6 miljardiem gadu). Tajā pašā brīdī Zemes zarnās tiek uzsākts sauszemes vielas gravitācijas diferenciācijas process - galvenais process, kas atbalstīja Zemes tektonisko aktivitāti visos turpmākajos ģeoloģiskajos laikmetos un izraisīja blīva oksīda izdalīšanos un augšanu. dzelzs zemes kodols.
Tā kā kriptotektoniskajā laikmetā (katarchea) sauszemes viela nekad nav izkususi, Zemes degazācijas procesi nevarēja attīstīties, tāpēc pirmos 600 miljonus Zemes pastāvēšanas gadu hidrosfēras uz tās virsmas pilnībā nebija, un atmosfēras. bija ārkārtīgi reta un sastāvēja no cēlgāzēm. Tolaik Zemes reljefs bija nogludināts, kas sastāvēja no tumši pelēka regolīta. Visu apgaismoja dzeltena, nedaudz silta Saule (spīdums bija par 30% mazāks nekā mūsdienu) un pārmērīgi liels, nevainojams Mēness disks (tas bija aptuveni 300-350 reizes lielāks nekā mūsdienu redzamais Mēness diska laukums ). Mēness joprojām bija karsta planēta un varēja sildīt Zemi. Saules kustība bija strauja – tikai 3 stundās tā šķērsoja debesis, lai pēc 3 stundām atkal paceltos no austrumiem. Mēness kustējās daudz lēnāk, jo ātri griezās ap Zemi vienā virzienā, tā ka Mēness fāzes izgāja visas stadijas 8-10 stundās.Mēness ap Zemi riņķoja orbītā ar rādiusu 14 -25 tūkstoši km (tagad rādiuss ir 384, 4 tūkstoši km). Spēcīgas Zemes plūdmaiņu deformācijas pēc Mēness kustības izraisīja nepārtrauktu (ik pēc 18-20 stundām) zemestrīču sēriju. Mēness plūdmaiņu amplitūda bija 1,5 km.
Pakāpeniski, apmēram miljonu gadu pēc to veidošanās, veiktās atgrūšanas dēļ Mēness plūdmaiņas samazinājās līdz 130 m, vēl pēc 10 miljoniem gadu līdz 25 m un pēc 100 miljoniem gadu līdz 15 m līdz Katarejas beigām - līdz 7 m, un tagad iekšā Zemmēness punktā mūsdienu cietās Zemes plūdmaiņas ir 45 cm Paisuma un paisuma zemestrīcēm tolaik bija tikai eksogēns raksturs, jo tektoniskās aktivitātes vēl nebija. Arhejā pašā sākumā sauszemes matērijas diferenciācija notika, kausējot no tās metālisku dzelzi augšējās mantijas līmenī. Jaunās Zemes aukstā kodola īpaši augstās viskozitātes dēļ radušos gravitācijas nestabilitāti varēja kompensēt, piespiežot šo kodolu pie zemes virsmas un tās vietā plūstot agrāk izlaistas smagas kausējuma vielas, ti, veidojot blīvu kodolu netālu no zemes virsmas. Zeme. Šis process tika pabeigts līdz Arhejas beigām apmēram pirms 2,7–2,6 miljardiem gadu; tajā laikā visas iepriekš aizstāvētās kontinentālās masas strauji sāka virzīties uz vienu no poliem un apvienojās pirmajā superkontinentā uz planētas Monogaea. Zemes ainavas mainījās, reljefa kontrasts nepārsniedza 1-2 km, visas reljefa ieplakas pamazām piepildījās ar ūdeni, un vēlajā arhejā veidojās vienots Pasaules okeāns sekls (līdz 1 km).
Arheāna sākumā Mēness attālinājās no Zemes par 160 tūkstošiem km. Zeme lielā ātrumā griezās ap savu asi (gadā bija 890 dienas, un diena ilga 9,9 stundas). Mēness plūdmaiņas ar amplitūdu līdz 360 cm deformēja Zemes virsmu ik pēc 5,2 stundām; līdz Arheāna beigām Zemes rotācija ievērojami palēninājās (gadā bija 490 dienas pa 19 stundām), un Mēness pārstāja ietekmēt Zemes tektonisko aktivitāti. Arheāna atmosfēra tika papildināta ar slāpekli, oglekļa dioksīdu un ūdens tvaikiem, bet tajā nebija skābekļa, jo to uzreiz saistīja mantijas vielas brīvais (metāliskais) dzelzs, kas nepārtraukti pacēlās caur plaisu zonām uz Zemes. virsmas.
Proterozoja konvektīvo kustību pārdales dēļ zem Monogea superkontinenta augšupejošā plūsma izraisīja tā sabrukšanu (apmēram pirms 2,4–3,3 miljardiem gadu). Sekojošā superkontinentu Megagea, Mesogea un Pangea veidošanās un sadrumstalotība notika līdz ar vissarežģītāko tektonisko struktūru veidošanos un turpinājās līdz kembrijam un ordovikam (jau paleozoja). Līdz tam laikam ūdens masa uz Zemes virsmas bija tāda kļuvusi
liels, kas jau izpaudies dziļāka okeāna veidošanā. Okeāna garoza tika hidratēta, un šo procesu pavadīja palielināta oglekļa dioksīda uzņemšana, veidojot karbonātus. Atmosfērā turpināja samazināties skābekļa daudzums, jo to nepārtraukti saistīja atbrīvotais dzelzs. Šis process tika pabeigts tikai līdz fanerozoja sākumam, un kopš tā laika Zemes atmosfēra sāka aktīvi piesātināties ar skābekli, pakāpeniski tuvojoties tās mūsdienu sastāvam.
Šajā jaunajā situācijā strauji aktivizējās dzīvības formas, kuru vielmaiņa balstījās uz augu sintezēto organisko vielu reversās oksidācijas reakcijām. Tādā veidā parādījās dzīvnieku valsts organismi, bet tas bija jau Kembrija perioda beigās, fanerozojā, un tas izraisīja visu veidu skeleta un bezskeleta dzīvnieku rašanos, kas ietekmēja daudzus ģeoloģiskos procesus Zemes virsmas zona turpmākajos ģeoloģiskajos laikmetos. Fanerozoja ģeoloģiskā evolūcija ir pētīta daudz detalizētāk nekā citos laikmetos, un to īsumā var raksturot šādi. Šajā mums vistuvākajā laikā, kā atklājās, notika okeāna pārkāpumi un regresijas, globālās klimata pārmaiņas, jo īpaši ledāju un praktiski bezledus periodu mija, starp citu, pirmais, kā jau bija gaidāms, plkst. Zeme bija Huron apledojums proterozoja periodā.
Okeāna transgresiju un regresu procesi ar dzīvības formu spēcīgo attīstību, ledāju aktīvo erodīvo aktivitāti un ledāju ūdeņu erozīvo aktivitāti izraisīja ievērojamu iežu apstrādi, kas veidoja zemes garozas virsmas zonu, terigēnā materiāla uzkrāšanās okeāna dibenā, organiskā un ķīmiskā materiāla uzkrāšanās sedimentācijas procesi ūdens baseinos.
Kontinentu un okeānu telpiskais izvietojums pakāpeniski mainījās un bija ļoti atšķirīgs attiecībā pret ekvatoru: pārmaiņus ziemeļu, tad dienvidu puslode bija kontinentāla vai okeāniska. Arī klimats ir vairākkārt mainījies, kas ir ciešā saistībā ar apledojumu un starpleduslaiku laikmetiem. Aktīvi no paleozoja līdz kainozojam (un tajā) notika Pasaules okeāna ūdeņu dziļuma, temperatūras un sastāva izmaiņas; dzīvības formu attīstība noveda pie to iziešanas no ūdens vides un pakāpeniskas zemes attīstības, kā arī dzīvības formu evolūcijas līdz zināmajām. Balstoties uz fanerozoja ģeoloģiskās vēstures analīzi, izriet, ka visas galvenās robežas (ģeohronoloģiskās skalas sadalījums laikmetos, periodos un laikmetos) lielā mērā ir saistītas ar kontinentu sadursmēm un šķelšanos globālās kustības procesā. litosfēras plākšņu "ansamblis".
ZEMES FORMA
Zemes formu parasti sauc par zemeslodi. Konstatēts, ka Zemes masa ir 5976 10 21 kg, tilpums ir 1,083 10 12 km 3 . Vidējais rādiuss ir 6371,2 km, vidējais blīvums ir 5,518 kg / m 3, vidējais gravitācijas paātrinājums ir 9,81 m / s 2. Zemes forma ir tuvu trīsasu revolūcijas elipsoīdam ar polāro saspiešanu: mūsdienu Zemes polārais rādiuss ir 6356,78 km, bet ekvatoriālais rādiuss ir 6378,16 km. Zemes meridiāna garums ir 40008,548 km, ekvatora garums ir 40075,704 km. Polārā saraušanās (jeb "noplakšana") ir saistīta ar Zemes rotāciju ap polāro asi, un šīs saspiešanas apjoms ir saistīts ar Zemes griešanās ātrumu. Dažreiz Zemes formu sauc par sferoīdu, bet Zemei tā arī ir
pašas formas nosaukums, proti, ģeoīds. Fakts ir tāds, ka zemes virsma ir mainīga un ievērojama augstuma; ir augstākās kalnu sistēmas vairāk nekā 8000 m (piemēram, Everests - 8842 m) un dziļas okeāna ieplakas vairāk nekā
11 000 m (Marian Tranšeja - 11 022 m). Ģeoīds ārpus kontinentiem sakrīt ar Pasaules okeāna neskarto virsmu, kontinentos ģeoīda virsmu aprēķina no gravimetriskiem pētījumiem un novērojumiem no kosmosa.
Zemei ir sarežģīts magnētiskais lauks, ko var raksturot kā lauku, ko rada magnetizēta lode vai magnētiskais dipols.
Zemeslodes virsmas 70,8% (361,1 miljonu km 2) aizņem virszemes ūdeņi (okeāni, jūras, ezeri, rezervuāri, upes utt.). Zeme veido 29,2% (148,9 milj. km 2).
ZEMES UZBŪVE
Kopumā, kā noteikts mūsdienu ģeofizikālajos pētījumos, kas jo īpaši balstās uz seismisko viļņu izplatīšanās ātruma aplēsēm, sauszemes vielas blīvuma, Zemes masas izpēti, kosmosa eksperimentu rezultātiem, lai noteiktu gaisa un ūdens sadalījumu. telpas un citi dati, Zeme it kā sastāv no vairākiem koncentriskiem apvalkiem: ārējais - atmosfēra (gāzes apvalks), hidrosfēra (ūdens apvalks), biosfēra (dzīvās vielas izplatības zona, saskaņā ar V. I. Vernadski) un iekšējs, kuras sauc par faktiskajām ģeosfērām (kodols, mantija un litosfēra) (1. att.).
Tiešai novērošanai ir pieejama atmosfēra, hidrosfēra, biosfēra un zemes garozas augšējā daļa. Ar urbumu palīdzību cilvēkam izdodas izpētīt dziļumus, galvenokārt līdz 8 km. Īpaši dziļu urbumu urbšana zinātniskos nolūkos tiek veikta mūsu valstī, ASV un Kanādā (Krievijā Kolas superdziļajā urbumā vairāk nekā
12 km, kas ļāva atlasīt iežu paraugus tiešai tiešai izpētei). Ultradziļās urbšanas galvenais mērķis ir sasniegt dziļos zemes garozas slāņus - "granīta" un "bazalta" slāņu robežas jeb mantijas augšējās robežas. Zemes dziļāko zarnu uzbūvi pēta ar ģeofizikālām metodēm, no kurām vislielākā nozīme ir seismiskajām un gravimetriskajām metodēm. No mantijas robežām paceltās matērijas izpētei vajadzētu ieviest skaidrību Zemes uzbūves problēmā. Īpaši interesanti ir mantija, jo
Rīsi. 1. Zemes uzbūves shematisks attēlojums a) un zemes garoza (b):
L- kodols; pēc C — mantija; O - Zemes garoza; E - atmosfēra (pēc M. Vasiča); 1 - seguma noguldījumi; 2 - granītam līdzīgs slānis; 3 - bazalta slānis; 4-augšējā mantija; 5-mantija
Zemes garoza ar visiem minerāliem galu galā veidojās no tās vielas.
Atmosfēra Saskaņā ar tajā izplatīto temperatūru tas tiek sadalīts no apakšas uz augšu troposfērā, stratosfērā, mezosfērā, termosfērā un eksosfērā. Troposfēra veido apmēram 80% no kopējās atmosfēras masas un sasniedz 16-18 km augstumu ekvatoriālajā daļā un
8-10 km polārajos reģionos. Stratosfēra stiepjas līdz 55 km augstumam, un tās augšējā robežā ir ozona slānis. Tad tie paceļas līdz 80 km augstumam mezosfērai, līdz 800-1000 km termosfērai un augstāk ir eksosfēra (dispersijas sfēra), kas veido ne vairāk kā 0,5% no Zemes atmosfēras masas. V Atmosfēras sastāvā ietilpst slāpeklis (78,1%), skābeklis (21,3%), argons (1,28%), oglekļa dioksīds (0,04%) un citas gāzes un gandrīz visi ūdens tvaiki. Ozona (0 3) saturs ir 3,1 10 15 g, bet skābekļa (0 2) 1,192 10 2! d) Ar attālumu no Zemes virsmas atmosfēras temperatūra strauji pazeminās un 10-12 km augstumā jau ir aptuveni -50 °C. V Troposfērā veidojas mākoņi un koncentrējas termiskās gaisa kustības. Uz Zemes virsmas augstākā temperatūra tika novērota Lībijā (+58 °С ēnā), bijušās PSRS teritorijā Termezas pilsētas rajonā (+50 °С ēnā).
Zemākā temperatūra reģistrēta Antarktīdā (-87 °С), bet Krievijā - Jakutijā (-71 °С).
Stratosfēra - nākamais slānis virs troposfēras. Ozona klātbūtne šajā atmosfēras slānī izraisa temperatūras paaugstināšanos tajā līdz +50 °C, bet 8-90 km augstumā temperatūra atkal pazeminās līdz -60...-90 °C.
Vidējais gaisa spiediens jūras līmenī ir 1,0132 bāri (760 mm Hg), un blīvums ir 1,3 10 3 g/cm. V 18% saules starojuma absorbē atmosfēra un tās mākoņu sega. Sistēmas "Zeme-atmosfēra" radiācijas bilances rezultātā vidējā temperatūra uz Zemes virsmas ir pozitīva (+15 °C), lai gan tās svārstības dažādās klimatiskajās zonās var sasniegt 150 °C.
Hidrosfēra- ūdens apvalks, kam ir svarīga loma Zemes ģeoloģiskajos procesos. V tā sastāvā ietilpst visi Zemes ūdeņi (okeāni, jūras, upes, ezeri, kontinentālais ledus utt.). Hidrosfēra neveido nepārtrauktu slāni un pārklāj zemes virsmu par 70,8%. Tās vidējais biezums ir aptuveni 3,8 km, lielākais ir virs 11 km (11 022 m - Marianas tranšeja Klusajā okeānā).
Zemes hidrosfēra ir daudz jaunāka par pašu planētu. Pirmajos eksistences posmos Zemes virsma bija pilnīgi bezūdens, un atmosfērā praktiski nebija ūdens tvaiku. Hidrosfēras veidošanās ir saistīta ar ūdens atdalīšanas procesiem no mantijas vielas. Hidrosfēra šobrīd ir nedalāma vienotība ar litosfēru, atmosfēru un biosfēru. Tieši pēdējai - biosfērai - liela nozīme ir ūdens kā ķīmiska savienojuma unikālajām īpašībām, piemēram, tilpuma izmaiņām ūdens pārejā no viena fāzes stāvokļa citā (sasalstot,
iztvaikošanas laikā); augsta šķīdināšanas spēja attiecībā pret gandrīz visiem savienojumiem uz Zemes.
Tieši ūdens klātbūtne pēc būtības nodrošina dzīvības pastāvēšanu uz Zemes mums zināmajā formā. No ūdens kā vienkārša savienojuma un oglekļa dioksīda augi saules enerģijas ietekmē un hlorofila klātbūtnē spēj veidot sarežģītus organiskus savienojumus, kas patiesībā ir fotosintēzes process. Ūdens uz Zemes ir sadalīts nevienmērīgi, lielākā daļa no tā ir koncentrēta uz virsmas. Attiecībā pret zemeslodes tilpumu kopējais hidrosfēras tilpums nepārsniedz 0,13%. Galvenā hidrosfēras daļa ir Pasaules okeāns (94%), kura platība ir 361059 km 2 un kopējais apjoms ir 1370 miljoni km 3. Kontinentālajā garozā 4,42 10 23 g ūdens, okeānā -3,61 10 23 g. 1 parāda ūdens sadalījumu uz Zemes.
1. tabula
Hidrosfēras tilpums un ūdens apmaiņas intensitāte
^ Aktīva ūdens apmaiņa un izmantošana var tikt pakļauta tikai 4000 tūkstošiem km 3 gruntsūdeņu, kas atrodas seklā dziļumā.
Ūdens temperatūra okeānā mainās ne tikai atkarībā no apgabala platuma (polu vai ekvatora tuvuma), bet arī no okeāna dziļuma. Vislielākā temperatūras mainība vērojama virszemes slānī līdz 150 m dziļumam Augstākā ūdens temperatūra augšējā slānī reģistrēta Persijas līcī (+35,6 °C), bet zemākā Ziemeļu Ledus okeānā (-2,8 °). C).
Hidrosfēras ķīmiskais sastāvs ir ļoti daudzveidīgs: no ļoti svaigiem līdz ļoti sāļiem ūdeņiem, piemēram, sālījumiem.
Vairāk nekā 98% no visiem Zemes ūdens resursiem ir okeānu, jūru un dažu ezeru sāļie ūdeņi, ^gtateke minera pizpu jaņ-
gruntsūdeņi. Kopējais saldūdens tilpums uz Zemes ir 28,25 miljoni km 3, kas ir tikai aptuveni 2% no kopējā hidrosfēras tilpuma, savukārt lielākā saldūdens daļa ir koncentrēta Antarktīdas kontinentālajā ledū, Grenlandē, polārajās salās un augstkalnu reģioni. Pašlaik šis ūdens praktiski nav pieejams cilvēkiem.
Pasaules okeāns satur 1,4-10 2 oglekļa dioksīda (CO 2), kas ir gandrīz 60 reizes vairāk nekā atmosfērā; Okeānā ir izšķīdināti 8 10 18 g skābekļa jeb gandrīz 150 reizes mazāk nekā atmosfērā. Katru gadu upes no sauszemes okeānos ienes ap 2,53 10 16 g terigēno materiālu, no kuriem gandrīz 2,25 10 16 g ir suspendēti, pārējais ir šķīstošās un organiskās vielas.
Jūras ūdens sāļums (vidējais) ir 3,5% (35 g/l). Papildus hlorīdiem, sulfātiem un karbonātiem jūras ūdens satur arī jodu, fluoru, fosforu, rubīdiju, cēziju, zeltu un citus elementus. Ūdenī izšķīdina 0,48 10 23 g sāļu.
Pēdējos gados veiktie dziļjūras pētījumi ļāvuši konstatēt horizontālo un vertikālo straumju klātbūtni, dzīvības formu esamību visā ūdens stabā. Jūras organiskā pasaule ir sadalīta bentosā, planktonā, nektonā utt. K bentoss ietver organismus, kas dzīvo uz zemes un jūras un kontinentālo ūdenstilpņu augsnē. Planktons- organismu kopums, kas apdzīvo ūdens stabu un nespēj pretoties straumes pārnešanai. Nektons- aktīvi peldēties, piemēram, zivis un citi jūras dzīvnieki.
Šobrīd aktuāla kļūst saldūdens trūkuma problēma, kas ir viena no globālās vides krīzes attīstības sastāvdaļām. Fakts ir tāds, ka saldūdens ir nepieciešams ne tikai cilvēka utilitārām vajadzībām (dzeršana, ēdiena gatavošana, mazgāšana utt.), bet arī lielākajai daļai rūpniecisko procesu, nemaz nerunājot par to, ka tikai saldūdens ir piemērots lauksaimnieciskai ražošanai - lauksaimniecības tehnoloģijai un. lopkopība, jo lielākā daļa augu un dzīvnieku ir koncentrēti uz zemes un savas dzīves īstenošanai izmanto tikai saldūdeni. Zemes iedzīvotāju skaita pieaugums (tagad uz planētas dzīvo vairāk nekā 6 miljardi cilvēku) un ar to saistītā aktīvā rūpniecības un lauksaimnieciskās ražošanas attīstība ir novedusi pie tā, ka katru gadu cilvēks patērē 3,5 tūkstošus km 3 saldūdens ar neatgriezenisku zaudējumi 150 km 3 apmērā. Ūdens apgādei piemērota hidrosfēras daļa ir 4,2 km 3, kas ir tikai 0,3% no hidrosfēras tilpuma. Krievijai ir diezgan lielas saldūdens rezerves (apmēram 150 tūkstoši upju, 200 tūkstoši ezeru, daudz rezervuāru un dīķu,
ievērojams pazemes ūdeņu apjoms), taču šo rezervju sadalījums visā valstī nebūt nav vienmērīgs.
Hidrosfērai ir liela nozīme daudzu ģeoloģisko procesu izpausmēs, īpaši zemes garozas virsmas zonā. No vienas puses, hidrosfēras ietekmē notiek intensīva iežu iznīcināšana un to kustība, pārgulsnēšanās, no otras puses, hidrosfēra darbojas kā spēcīgs radošais faktors, būtībā esot baseins uzkrāšanai tās robežās. nozīmīgi dažāda sastāva nogulumu biezumi.
Biosfēra atrodas pastāvīgā mijiedarbībā ar litosfēru, hidrosfēru un atmosfēru, kas būtiski ietekmē litosfēras sastāvu un struktūru.
Kopumā biosfēra pašlaik tiek saprasta kā dzīvās vielas (zinātnei zināmo formu dzīvie organismi) izplatības zona; tas ir sarežģīti organizēts apvalks, ko savieno bioķīmiskie (un ģeoķīmiskie) vielas, enerģijas un informācijas migrācijas cikli. Akadēmiķis V. I. Vernadskis biosfēras jēdzienā ietver visas Zemes struktūras, kas ģenētiski saistītas ar dzīvo vielu; dzīvo organismu pagātnes vai pašreizējās darbības. Lielākā daļa Zemes ģeoloģiskās vēstures ir saistīta ar dzīvo organismu darbību, īpaši zemes garozas virspusē, piemēram, tie ir ļoti biezi nogulumiežu slāņi no organogēniem iežiem - kaļķakmens, diatomīti u.c. Biosfēras izplatību atmosfērā ierobežo ozona slānis (apmēram 18-50 km virs planētas virsmas), virs kura uz Zemes zināmās dzīvības formas nav iespējamas bez īpašiem aizsardzības līdzekļiem, kā tas tiek darīts kosmosa lidojumu laikā ārpus planētas. atmosfērā un citām planētām. Vēl nesen biosfēra iestiepās Zemes zarnās līdz 11 022 m Marianas tranšejas dziļumam, taču, urbjot Kolas superdziļu urbumu, tika sasniegts vairāk nekā 12 km dziļums, kas nozīmē, ka tajā iekļuva dzīvā viela. dziļums.
Zemes iekšējā struktūra saskaņā ar mūsdienu koncepcijām sastāv no kodola, mantijas un litosfēras. Robežas starp tām ir diezgan nosacītas, pateicoties savstarpējai caurlaidībai gan platībā, gan dziļumā (sk. 1. att.).
Zemes kodols Tas sastāv no ārējā (šķidra) un iekšējā (cietā) kodola. Iekšējā serdeņa (tā sauktā slāņa c) rādiuss ir aptuveni vienāds ar 1200-1250 km, pārejas slāņa (B) starp iekšējo un ārējo serdi ir aptuveni 300-400 km biezs, bet slāņa c rādiuss. ārējais kodols ir 3450-3500 km (attiecīgi dziļums ir 2870-2920 km). Vielas blīvums ārējā kodolā palielinās līdz ar dziļumu no 9,5 līdz 12,3 g/cm 3 . Centrālajā daļā
vielas iekšējais serdes blīvums sasniedz gandrīz 14 g/cm 3 . Tas viss liecina, ka Zemes kodola masa ir līdz 32% no visas Zemes masas, savukārt tilpums ir aptuveni 16% no Zemes tilpuma. Mūsdienu eksperti uzskata, ka zemes kodols gandrīz 90% sastāv no dzelzs ar skābekļa, sēra, oglekļa un ūdeņraža piejaukumu, un iekšējā kodolā, saskaņā ar mūsdienu koncepcijām, ir dzelzs-niķeļa sastāvs, kas pilnībā atbilst skaitļa sastāvam. no pētītajiem meteorītiem.
Zemes mantija ir silikāta apvalks starp litosfēras serdi un dibenu. Mantijas masa ir 67,8% no kopējās Zemes masas (OG Sorokhtin, 1994). Ģeofizikas pētījumos noskaidrots, ka mantiju savukārt var iedalīt (skat. 1. att.) augšējā mantija(slānis D līdz 400 km dziļumam), Golitsina pārejas slānis(C slānis 400 līdz 1000 km dziļumā) un apakšējā mantija(slānis V ar zoli aptuveni 2900 km dziļumā). Zem okeāniem augšējā mantijā izšķir slāni, kurā mantijas viela ir daļēji izkususi. Ļoti svarīgs mantijas struktūras elements ir zona, kas atrodas zem litosfēras pamatnes. Fiziski tas attēlo pārejas virsmu no augšas uz leju no atdzesētiem cietajiem iežiem uz daļēji izkausētu mantijas vielu, kas ir plastiskā stāvoklī un veido astenosfēru.
Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām mantijai ir ultramafisks sastāvs (pirolīts, kā 75% peridotīta un 25% tolerīta bazalta vai lherzolīta maisījums), un tāpēc to bieži sauc par peridotītu jeb "akmens" apvalku. Radioaktīvo elementu saturs apvalkā ir ļoti zems. Tātad vidēji 10 -8% 13; 10~7% Th, 10" 6% 40 K. Mantija šobrīd tiek vērtēta kā seismisko un vulkānisko parādību avots, kalnu veidošanas procesi, kā arī magmatisma realizācijas zona.
Zemes garoza apzīmē Zemes augšējo slāni, kuram ir apakšējā robeža vai zole, pēc seismiskiem datiem, gar Mohoroviča slāni, kur tiek novērots pēkšņs elastīgo (seismisko) viļņu izplatīšanās ātruma pieaugums līdz 8,2 km/s. .
Ģeologam zemes garoza ir galvenais objekts pētījumiem, tieši uz tās virsmas un tā iekšienē tiek celtas inženierbūves, tas ir, tiek veiktas būvniecības darbības. Jo īpaši daudzu praktisku problēmu risināšanai ir svarīgi noskaidrot zemes garozas virsmas veidošanās procesus un šīs veidošanās vēsturi.
Kopumā zemes garozas virsma veidojas procesu ietekmē, kas ir vērsti pretēji viens otram:
- endogēnie, tai skaitā tektoniskie un magmatiskie procesi, kas izraisa vertikālas kustības zemes garozā – pacēlumus un iegrimšanu, t.i., rada reljefa "raupjumus";
- eksogēni, izraisot reljefa denudāciju (saplacināšanu, izlīdzināšanos) laikapstākļu, dažāda veida erozijas un gravitācijas spēku ietekmē;
- sedimentācija (nogulumu uzkrāšanās), kā “aizpildot” ar nogulsnēm visus endoģenēzes laikā radušos nelīdzenumus.
Pašlaik izšķir divus zemes garozas veidus: "bazalta" okeāna un "granīta" kontinentālo.
okeāna garoza diezgan vienkāršs pēc sastāva un ir sava veida trīsslāņu veidojums. Augšējais slānis, kura biezums svārstās no 0,5 km okeāna vidusdaļā līdz 15 km pie dziļūdens upju deltām un kontinentālajām nogāzēm, kur uzkrājas gandrīz viss terigēnais materiāls, savukārt citos okeāna apgabalos nogulumu materiāls ir karbonāts. nogulumi un nekarbonāti sarkanie dziļūdens nogulumi.māli. Otro kārtu veido okeāniska tipa bazaltu spilvenu lāvas, zem kurām atrodas tāda paša sastāva dolerīta dambji; kopējais šī slāņa biezums ir 1,5-2 km. Trešo slāni griezuma augšējā daļā attēlo gabbro slānis, kuru zem okeāna vidusgrēdām klāj serpentinīti; trešā slāņa kopējais biezums ir robežās no 4,7 līdz 5 km.
Okeāna garozas vidējais blīvums (bez nokrišņiem) ir 2,9 g / cm 3, tās masa ir 6,4 10 24 g, nokrišņu daudzums ir 323 miljoni km 3. Okeāna garoza veidojas okeāna vidusgrēdu plaisu zonās, jo zem tām izplūst bazalta kausējums no Zemes astenosfēras slāņa un tolerīta bazalti izplūst okeāna dibenā. Konstatēts, ka gadā no astenosfēras nāk 12 km 3 bazaltu. Visi šie grandiozie tektono-magmatiskie procesi ir saistīti ar paaugstinātu seismiskumu, un tiem kontinentos nav līdzvērtīgu.
kontinentālā garoza biezuma, struktūras un sastāva ziņā krasi atšķiras no okeāna. Tās biezums svārstās no 20-25 km zem salu lokiem un apgabaliem ar pārejas tipa garozu līdz 80 km zem jaunajām salocītām Zemes joslām, piemēram, zem Andu vai Alpu-Himalaju jostas. Kontinentālās garozas biezums zem senajām platformām ir vidēji 40 km. Kontinentālo garozu veido trīs slāņi, no kuriem augšējais ir nogulumiežu slānis, bet apakšējos divus attēlo kristāliski ieži. Nogulumu slānis sastāv no māla nogulumiem un seklu jūras baseinu karbonātiem.
seins, un tam ir ļoti atšķirīgs biezums no 0 uz seniem vairogiem līdz 15 km platformu marginālajās siles. Pirmskembrija "granīta" ieži atrodas zem nogulumiežu slāņa, ko bieži pārveido reģionālās metamorfisma procesi. Tālāk atrodas bazalta slānis. Atšķirība starp okeāna garozu un kontinentālo ir granīta slāņa klātbūtne pēdējā. Turklāt okeāna un kontinentālo garozu klāj augšējās mantijas ieži.
Zemes garozā ir alumīnija silikāta sastāvs, ko galvenokārt pārstāv zemas kušanas savienojumi. Dominējošie ķīmiskie elementi ir skābeklis (43,13%), silīcijs (26%) un alumīnijs (7,45%) silikātu un oksīdu veidā (2. tabula).
2. tabula
Zemes garozas vidējais ķīmiskais sastāvs
Zemes garozas ķīmiskais sastāvs,%, ir šāds: skābs
dzimums - 46,8; silīcijs - 27,3; alumīnijs - 8,7; dzelzs -5,1; kalcijs - 3,6; nātrijs - 2,6; kālijs - 2,6; magnijs - 2,1; pārējie - 1.2.
Kā liecina jaunākie dati, okeāna garozas sastāvs ir tik nemainīgs, ka to var uzskatīt par vienu no globālajām konstantēm, tāpat kā atmosfēras gaisa sastāvu vai jūras ūdens vidējo sāļumu. Tas liecina par tā veidošanās mehānisma vienotību.
Svarīgs apstāklis, kas atšķir zemes garozu no citām iekšējām ģeosfērām, ir paaugstināts urāna 232 un torija 237 Th, kālija 40 K ilgmūžīgo radioaktīvo izotopu saturs, un to augstākā koncentrācija tika atzīmēta "granītam". kontinentālās garozas slānis, savukārt okeāna garozā radioaktīvie elementi ir niecīgi.
Rīsi. 3. Okeāna transformācijas defekta blokshēma
litosfēra
Vulkāni
saburzīts
Kontinentālais
litosfēra
Magmatiskie iebrukumi
Kušana
Rīsi. 2. Okeāna litosfēras zemspiediena zonas shematisks griezums
zem kontinenta
Litosfēra- tas ir Zemes apvalks, kas apvieno zemes garozu un daļu no augšējās mantijas. Litosfērai raksturīga iezīme ir tā, ka tajā ir ieži cietā kristāliskā stāvoklī, un tai ir stingrība un izturība. Lejā posmā no Zemes virsmas tiek novērota temperatūras paaugstināšanās. Mantijas plastmasas apvalks, kas atrodas zem litosfēras, ir astenosfēra, kurā augstā temperatūrā viela ir daļēji izkususi, un rezultātā, atšķirībā no litosfēras, astenosfērai nav izturības un tā var tikt plastiski deformēta, līdz spējai. plūst pat ļoti mazu pārspiedienu iedarbībā (2., 3. att.). Mūsdienu koncepciju gaismā saskaņā ar litosfēras plākšņu tektonikas teoriju ir konstatēts, ka litosfēras plāksnes, kas veido Zemes ārējo apvalku, veidojas astenosfēras daļēji izkusušās vielas atdzišanas un pilnīgas kristalizācijas rezultātā. līdzīgi kā tas notiek, piemēram, uz upes, kad ūdens sasalst un veidojas ledus salnā dienā.
Jāņem vērā, ka augšējo apvalku veidojošajam lherzolītam ir sarežģīts sastāvs un līdz ar to astenosfēras viela, atrodoties cietā stāvoklī, mehāniski.
novājināta tik ļoti, ka var parādīties šļūde. Tas parāda, ka astenosfēra ģeoloģiskā laika skalā uzvedas kā viskozs šķidrums. Tādējādi litosfēra spēj pārvietoties attiecībā pret apakšējo apvalku astenosfēras pavājināšanās dēļ. Svarīgs fakts, kas apstiprina litosfēras plākšņu kustības iespējamību, ir tas, ka astenosfēra izpaužas globāli, lai gan tās dziļums, biezums un fizikālās īpašības ir ļoti atšķirīgas. Litosfēras biezums svārstās no vairākiem kilometriem zem okeāna vidus grēdu plaisu ielejām līdz 100 km zem okeānu perifērijas, un zem senajiem vairogiem litosfēras biezums sasniedz 300–350 km.
Zemeslodei raksturīga īpašība ir tās neviendabīgums. Tas ir sadalīts vairākos slāņos vai sfērās, kuras iedala iekšējā un ārējā.
Zemes iekšējās sfēras: zemes garoza, mantija un kodols.
Zemes garoza visneviendabīgākais. Dziļumā tajā tiek izdalīti 3 slāņi (no augšas uz leju): nogulumieži, granīts un bazalts.
Nogulumu slānis To veido mīksti un dažkārt irdeni ieži, kas radušies vielai nogulsnējot ūdens vai gaisa vidē uz Zemes virsmas. Nogulumieži parasti ir izvietoti slāņos, ko ierobežo paralēlas plaknes. Slāņa biezums svārstās no dažiem metriem līdz 10-15 km. Ir vietas, kur nogulumu slāņa gandrīz pilnībā nav.
granīta slānis sastāv galvenokārt no magmatiskajiem un metamorfajiem iežiem, kas bagāti ar Al un Si. Vidējais SiO 2 saturs tajos ir vairāk nekā 60%, tāpēc tie tiek klasificēti kā skābie ieži. Slāņa iežu blīvums ir 2,65-2,80 g/cm 3 . Jauda 20-40 km. Okeāna garozas sastāvā (piemēram, Klusā okeāna dibenā) granīta slāņa nav, tādējādi tā ir neatņemama kontinentālās garozas sastāvdaļa.
Bazalta slānis atrodas zemes garozas pamatnē un ir nepārtraukts, tas ir, atšķirībā no granīta slāņa, tas ir gan kontinentālās, gan okeāna garozas sastāvā. To no granīta atdala Konrāda virsma (K), uz kuras seismisko viļņu ātrums mainās no 6 līdz 6,5 km/sek. Viela, kas veido bazalta slāni, pēc ķīmiskā sastāva un fizikālajām īpašībām ir līdzīga bazaltiem (mazāk bagāta ar SiO 2 nekā granīti). Vielas blīvums sasniedz 3,32 g/cm 3 . Garenisko seismisko viļņu izplatīšanās ātrums palielinās no 6,5 līdz 7 km/sek pie apakšējās robežas, kur atkal notiek ātruma lēciens un tas sasniedz 8-8,2 km/sek. Šo zemes garozas apakšējo robežu var izsekot visur, un to sauc par Mohoroviča robežu (Dienvidslāvu zinātnieks) vai M.
Mantija atrodas zem zemes garozas dziļuma diapazonā no 8-80 līdz 2900 km. Temperatūra augšējos slāņos (līdz 100 km) ir 1000-1300 o C, tā paaugstinās līdz ar dziļumu un pie apakšējās robežas sasniedz 2300 o C. Taču viela tur atrodas cietā stāvoklī spiediena ietekmē, kas pie lielas. dziļums ir simtiem tūkstošu un miljonu atmosfēru. Uz robežas ar serdi (2900 km) tiek novērota garenisko seismisko viļņu refrakcija un daļēja atstarošana, savukārt šķērsviļņi šo robežu nešķērso ("seismiskā ēna" svārstās no 103 o līdz 143 o loka). Viļņu izplatīšanās ātrums mantijas lejas daļā ir 13,6 km/sek.
Salīdzinoši nesen kļuva zināms, ka mantijas augšējā daļā ir sablīvētu iežu slānis - astenosfēra, atrodas 70-150 km dziļumā (dziļāk zem okeāniem), kurā fiksēts elastīgo viļņu ātruma samazinājums par aptuveni 3%.
Kodols fizikālajās īpašībās tas krasi atšķiras no mantijas, kas to aptver. Garenisko seismisko viļņu ātrums ir 8,2-11,3 km/sek. Fakts ir tāds, ka uz mantijas un kodola robežas ir vērojams straujš garenviļņu ātruma kritums no 13,6 līdz 8,1 km/sek. Zinātnieki jau sen ir secinājuši, ka serdes blīvums ir daudz lielāks nekā virsmas čaulu blīvums. Tam atbilstošos barometriskajos apstākļos jāatbilst dzelzs blīvumam. Tāpēc tiek plaši uzskatīts, ka kodols sastāv no Fe un Ni un tam ir magnētiskas īpašības. Šo metālu klātbūtne kodolā ir saistīta ar vielas primāro diferenciāciju pēc īpatnējā smaguma. Meteorīti arī runā par labu dzelzs-niķeļa kodolam. Kodols ir sadalīts ārējā un iekšējā. Kodola ārējā daļā spiediens ir 1,5 miljoni atm.; blīvums 12 g/cm 3 . Gareniskie seismiskie viļņi šeit izplatās ar ātrumu 8,2-10,4 km/sek. Iekšējais kodols ir šķidrā stāvoklī, un tajā esošās konvekcijas strāvas inducē Zemes magnētisko lauku. Iekšējā kodolā spiediens sasniedz 3,5 miljonus atm., blīvums 17,3-17,9 g/cm 3, garenviļņu ātrums 11,2-11,3 km/sek. Aprēķini liecina, ka temperatūrai tur vajadzētu sasniegt vairākus tūkstošus grādu (līdz 4000 o). Viela tur atrodas cietā stāvoklī augsta spiediena dēļ.
Zemes ārējās sfēras: hidrosfēra, atmosfēra un biosfēra.
Hidrosfēra apvieno visu ūdens formu izpausmju kopumu dabā, sākot no nepārtraukta ūdens seguma, kas aizņem 2/3 no Zemes virsmas (jūras un okeāni) un beidzot ar ūdeni, kas ir iežu un minerālu sastāvdaļa. šajā ziņā hidrosfēra ir nepārtraukts Zemes apvalks. Mūsu kurss galvenokārt attiecas uz to hidrosfēras daļu, kas veido neatkarīgu ūdens slāni - okeanosfēra.
No Zemes kopējās platības 510 miljoni km 2 361 miljons km 2 (71%) ir pārklāti ar ūdeni. Shematiski Pasaules okeāna dibena topogrāfija ir attēlota kā hipsogrāfiskā līkne. Tas parāda zemes augstuma un okeāna dziļuma sadalījumu; Ir skaidri noteikti 2 jūras gultnes līmeņi ar dziļumu 0-200 m un 3-6 km. Pirmais no tiem ir relatīvi sekla ūdens zona, kas zemūdens platformas veidā ieskauj visu kontinentu krastus. Vai tas ir kontinentālais šelfs vai plaukts. No jūras puses šelfu ierobežo stāva zemūdens dzega - kontinentālais slīpums(līdz 3000 m). Atrodas 3-3,5 km dziļumā kontinentālā pēda. Zem 3500 m sākas okeāna gultne (okeāna gultne), kuras dziļums ir līdz 6000 m Kontinentālā pēda un okeāna dibens veido otro skaidri izteikto jūras gultnes līmeni, ko veido tipiska okeāniska garoza (bez granīta slāņa). Starp okeāna gultni atrodas galvenokārt Klusā okeāna perifērajās daļās dziļūdens tranšejas (siles)- no 6000 līdz 11000 m. Šādi izskatījās hipsogrāfiskā līkne pirms 20 gadiem. Viens no pēdējā laika svarīgākajiem ģeoloģiskajiem atklājumiem bija atklājums okeāna vidus grēdas globāla jūras kalnu sistēma, kas pacelta virs okeāna dibena par 2 vai vairāk kilometriem un aizņem līdz 1/3 no okeāna dibena. Šī atklājuma ģeoloģiskā nozīme tiks apspriesta vēlāk.
Gandrīz visi zināmie ķīmiskie elementi atrodas okeānu ūdenī, tomēr dominē tikai 4: O 2, H 2, Na, Cl. Jūras ūdenī izšķīdušo ķīmisko savienojumu saturu (sāļumu) nosaka svara procentos vai ppm(1 ppm = 0,1%). Okeāna ūdens vidējais sāļums ir 35 ppm (35 g sāļu 1 litrā ūdens). Sāļums ir ļoti atšķirīgs. Tātad Sarkanajā jūrā tas sasniedz 52 ppm, Melnajā jūrā līdz 18 ppm.
Atmosfēra attēlo Zemes augšējo gaisa apvalku, kas to apņem ar nepārtrauktu apvalku. Augšējā robeža nav skaidra, jo atmosfēras blīvums samazinās līdz ar augstumu un pakāpeniski pāriet bezgaisa telpā. Apakšējā robeža ir Zemes virsma. Šī robeža ir arī nosacīta, jo gaiss noteiktā dziļumā iekļūst akmens apvalkā un izšķīdinātā veidā atrodas ūdens kolonnā. Atmosfērā ir 5 galvenās sfēras (no apakšas uz augšu): troposfēra, stratosfēra, mezosfēra, jonosfēra un eksosfēra.Ģeoloģijai troposfēra ir svarīga, jo tā atrodas tiešā saskarē ar zemes garozu un būtiski ietekmē to.
Troposfēra izceļas ar augstu blīvumu, pastāvīgu ūdens tvaiku, oglekļa dioksīda un putekļu klātbūtni; pakāpeniska temperatūras pazemināšanās līdz ar augstumu un vertikālās un horizontālās gaisa cirkulācijas esamība tajā. Ķīmiskajā sastāvā papildus galvenajiem elementiem - O 2 un N 2 - vienmēr ir CO 2, ūdens tvaiki, dažas inertas gāzes (Ar), H 2, sēra dioksīds un putekļi. Gaisa cirkulācija troposfērā ir ļoti sarežģīta.
Biosfēra- sava veida apvalks (norādījis un nosaucis akadēmiķis V.I. Vernadskis), apvieno tās čaulas, kurās ir dzīvība. Tas neaizņem atsevišķu telpu, bet iekļūst zemes garozā, atmosfērā un hidrosfērā. Biosfērai ir liela nozīme ģeoloģiskajos procesos, piedaloties gan iežu veidošanā, gan to iznīcināšanā.
Dzīvie organismi visdziļāk iekļūst hidrosfērā, ko mēdz dēvēt par "dzīvības šūpuli". Dzīvība īpaši bagāta ir okeānosfērā, tās virszemes slāņos. Atkarībā no fiziskās un ģeogrāfiskās situācijas, galvenokārt no dziļuma, vairāki bionomiskās zonas(grieķu "bios" - dzīve, "nomos" - likums). Šīs zonas atšķiras pēc organismu pastāvēšanas apstākļiem un to sastāva. Plauktu zonā ir 2 zonas: piekraste un nerītisks. Litorāls ir salīdzinoši šaura sekla ūdens josla, kas tiek nosusināta divas reizes dienā bēguma laikā. Savas specifikas dēļ piekrastē dzīvo organismi, kas pacieš īslaicīgu izžūšanu (jūras tārpi, daži mīkstmieši, jūras eži un zvaigznes). Dziļāk par plūdmaiņu zonu šelfā atrodas nerīta zona, kuru visbagātāk apdzīvo dažādi jūras organismi. Šeit ir plaši pārstāvēti visi dzīvnieku pasaules veidi. Izceļas pēc dzīvesveida bentosa dzīvnieki (dibena iemītnieki): mazkustīgs bentoss (koraļļi, sūkļi, bryozoans u.c.), klaiņojošs bentoss (rāpojošs - eži, zvaigznes, vēži). Nektonisks dzīvnieki spēj patstāvīgi pārvietoties (zivis, galvkāji); planktons (planktons) - lidinās ūdenī suspensijā (foraminifera, radiolarians, medūzas). atbilst kontinentālajam slīpumam batiālā zona, kontinentālā pēda un okeāna gultne - bezdibeņa zona. Dzīves apstākļi tajos nav īpaši labvēlīgi - pilnīga tumsa, augsts spiediens, aļģu trūkums. Tomēr nesen tika atklāti bezdibenis dzīves oāzes, aprobežojas ar zemūdens vulkāniem un hidrotermālās aizplūšanas zonām. Šeit esošās biotas pamatā ir milzīgas anaerobās baktērijas, vestimentifera un citi savdabīgi organismi.
Dzīvo organismu iekļūšanas dziļumu Zemē galvenokārt ierobežo temperatūras apstākļi. Teorētiski izturīgākajiem prokariotiem tas ir 2,5-3 km. Dzīvā viela aktīvi ietekmē atmosfēras sastāvu, kas mūsdienu formā ir to organismu dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultāts, kas to bagātinājuši ar skābekli, oglekļa dioksīdu un slāpekli. Organismu loma jūras nogulumu veidošanā ir ārkārtīgi liela, daudzi no tiem ir minerāli (kaustobiolīti, jaspilīti u.c.).
Jautājumi pašpārbaudei.
Kā veidojās uzskati par Saules sistēmas izcelsmi?
Kāda ir zemes forma un izmērs?
No kādiem cietajiem apvalkiem Zeme sastāv?
Kā kontinentālā garoza atšķiras no okeāna?
Kas izraisa zemes magnētisko lauku?
Kas ir hipsogrāfiskā līkne, tās veids?
Kas ir bentoss?
Kas ir biosfēra, tās robežas?
Ievads
Daudzus gadsimtus jautājums par Zemes izcelsmi palika filozofu monopols, jo faktiskā materiāla šajā jomā gandrīz pilnībā nebija. Pirmās zinātniskās hipotēzes par Zemes un Saules sistēmas izcelsmi, kas balstītas uz astronomiskajiem novērojumiem, tika izvirzītas tikai 18. gadsimtā. Kopš tā laika saskaņā ar mūsu kosmogonisko ideju pieaugumu nav pārstājis parādīties arvien jaunas teorijas.
Pirmā šajā sērijā bija slavenā teorija, ko 1755. gadā formulēja vācu filozofs Emanuels Kants. Kants uzskatīja, ka Saules sistēma radās no kādas primārās vielas, kas iepriekš bija brīvi izkliedēta kosmosā. Šīs vielas daļiņas pārvietojās dažādos virzienos un, saduroties viena ar otru, zaudēja ātrumu. Smagākie un blīvākie no tiem gravitācijas ietekmē savienojās savā starpā, veidojot centrālu ķekaru – Sauli, kas savukārt piesaistīja tālākas, mazākas un vieglākas daļiņas.
Tādējādi radās zināms skaits rotējošu ķermeņu, kuru trajektorijas savstarpēji krustojās. Daži no šiem ķermeņiem, kas sākotnēji pārvietojās pretējos virzienos, galu galā tika ievilkti vienā plūsmā un veidoja gāzveida vielas gredzenus, kas atrodas aptuveni vienā plaknē un griežas ap Sauli vienā virzienā, netraucējot viens otram. Atsevišķos gredzenos veidojās blīvāki kodoli, kuriem pamazām pievilka vieglākas daļiņas, veidojot sfēriskus matērijas uzkrājumus; tā radās planētas, kuras turpināja riņķot ap Sauli vienā plaknē ar sākotnējiem gāzveida vielas gredzeniem.
1. Zemes vēsture
Zeme ir trešā planēta no Saules Saules sistēmā. Tas riņķo ap zvaigzni eliptiskā orbītā (ļoti tuvu apļveida formai) ar vidējo ātrumu 29,765 km/s, vidēji 149,6 miljonu km attālumā 365,24 dienu laikā. Zemei ir satelīts – Mēness, kas riņķo ap Sauli vidēji 384 400 km attālumā. Zemes ass slīpums pret ekliptikas plakni ir 66033`22``. Planētas rotācijas periods ap savu asi ir 23 h 56 min 4,1 sek. Rotācija ap savu asi izraisa dienas un nakts maiņu, savukārt ass sasvēršanās un cirkulācija ap Sauli - gadalaiku maiņu. Zemes forma ir ģeoīds, aptuveni trīsasu elipsoīds, sferoīds. Zemes vidējais rādiuss ir 6371,032 km, ekvatoriālais - 6378,16 km, polārais - 6356,777 km. Zemeslodes virsmas laukums ir 510 miljoni km2, tilpums ir 1,083 * 1012 km2, vidējais blīvums ir 5518 kg/m3. Zemes masa ir 5976 * 1021 kg. Zemei ir magnētisks un cieši saistīti elektriskie lauki. Zemes gravitācijas lauks nosaka tās sfērisko formu un atmosfēras esamību.
Saskaņā ar mūsdienu kosmogoniskajiem jēdzieniem Zeme veidojās apmēram pirms 4,7 miljardiem gadu no gāzveida vielas, kas izkaisīta protosolārajā sistēmā. Vielas diferenciācijas rezultātā Zeme gravitācijas lauka ietekmē zemes iekšpuses sasilšanas apstākļos radās un attīstījās atšķirīgi pēc čaulas - ģeosfēras ķīmiskā sastāva, agregācijas stāvokļa un fizikālajām īpašībām. : serde (centrā), mantija, zemes garoza, hidrosfēra, atmosfēra, magnetosfēra. Zemes sastāvā dominē dzelzs (34,6%), skābeklis (29,5%), silīcijs (15,2%), magnijs (12,7%). Zemes garoza, apvalks un serdes iekšējā daļa ir cietas (kodola ārējā daļa tiek uzskatīta par šķidru). No Zemes virsmas līdz centram palielinās spiediens, blīvums un temperatūra. Spiediens planētas centrā ir 3,6 * 1011 Pa, blīvums ir aptuveni 12,5 * 103 kg / m3, temperatūra svārstās no 50 000 līdz
60000 C. Galvenie zemes garozas veidi ir kontinentālā un okeāniskā, pārejas zonā no cietzemes uz okeānu veidojas starpposma garoza.
Lielāko daļu Zemes aizņem Pasaules okeāns (361,1 miljons km2; 70,8%), sauszemes platība ir 149,1 miljons km2 (29,2%), un tā veido sešus kontinentus un salas. Tas paceļas virs pasaules okeāna līmeņa vidēji par 875 m (augstākais augstums ir 8848 m - Čomolungmas kalns), kalni aizņem vairāk nekā 1/3 no sauszemes virsmas. Tuksneši aizņem apmēram 20% no zemes virsmas, meži - aptuveni 30%, ledāji - virs 10%. Pasaules okeāna vidējais dziļums ir aptuveni 3800 m (lielākais dziļums ir 11020 m - Marianas tranšeja (sile) Klusajā okeānā). Ūdens tilpums uz planētas ir 1370 miljoni km3, vidējais sāļums ir 35 g/l.
Zemes atmosfēru, kuras kopējā masa ir 5,15 * 1015 tonnas, veido gaiss - galvenokārt slāpekļa (78,08%) un skābekļa (20,95%) maisījums, pārējais ir ūdens tvaiku oglekļa dioksīds, kā arī inertais un citas gāzes. Maksimālā zemes virsmas temperatūra ir 570-580 C (Āfrikas un Ziemeļamerikas tropiskajos tuksnešos), minimālā ir aptuveni -900 C (Antarktīdas centrālajos reģionos).
Zemes veidošanās un tās attīstības sākuma stadija pieder pie preģeoloģiskās vēstures. Senāko iežu absolūtais vecums pārsniedz 3,5 miljardus gadu. Zemes ģeoloģiskā vēsture ir sadalīta divos nevienlīdzīgos posmos: prekembrijā, kas aizņem aptuveni 5/6 no visas ģeoloģiskās hronoloģijas (apmēram 3 miljardi gadu), un fanerozojā, kas aptver pēdējos 570 miljonus gadu. Apmēram pirms 3-3,5 miljardiem gadu matērijas dabiskās evolūcijas rezultātā uz Zemes radās dzīvība, sākās biosfēras attīstība. Visu tajā apdzīvojošo dzīvo organismu kopums, tā sauktā Zemes dzīvā viela, būtiski ietekmēja atmosfēras, hidrosfēras un nogulumiežu čaulas attīstību. Jauns
faktors, kas spēcīgi ietekmē biosfēru, ir cilvēka ražošanas aktivitāte, kas parādījās uz Zemes pirms mazāk nekā 3 miljoniem gadu. Augstais Zemes iedzīvotāju skaita pieauguma temps (275 miljoni cilvēku 1000, 1,6 miljardi cilvēku 1900. gadā un aptuveni 6,3 miljardi cilvēku 1995. gadā) un pieaugošā cilvēku sabiedrības ietekme uz dabisko vidi ir izvirzījusi visas dabas racionālas izmantošanas problēmas. resursi un dabas aizsardzība.
2. Zemes uzbūves seismiskais modelis
Plaši zināmo Zemes iekšējās uzbūves modeli (tās dalījumu kodolā, mantijā un zemes garozā) 20. gadsimta pirmajā pusē izstrādāja seismologi G. Džefrijs un B. Gūtenbergs. Izšķirošais faktors bija krasa seismisko viļņu ātruma samazināšanās atklāšana zemeslodes iekšienē 2900 km dziļumā ar planētas rādiusu 6371 km. Garenisko seismisko viļņu izplatīšanās ātrums tieši virs noteiktās robežas ir 13,6 km/s, bet zem tās - 8,1 km/s. Šī ir robeža starp apvalku un serdi.
Attiecīgi serdes rādiuss ir 3471 km. Mantijas augšējā robeža ir Mohorovičiča seismiskais posms, ko tālajā 1909. gadā identificēja Dienvidslāvijas seismologs A. Mohorovičičs (1857-1936). Tas atdala zemes garozu no mantijas. Pie šīs robežas garenvirziena viļņu ātrumi, kas izgājuši cauri zemes garozai, strauji palielinās no 6,7-7,6 līdz 7,9-8,2 km/s, taču tas notiek dažādos dziļuma līmeņos. Zem kontinentiem posma M dziļums (tas ir, zemes garozas zoles) ir daži desmiti kilometru, un zem dažām kalnu struktūrām (Pamirs, Andi) tas var sasniegt 60 km, savukārt zem okeāna baseiniem ieskaitot ūdens stabu, dziļums ir tikai 10-12 km. Kopumā zemes garoza šajā shēmā parādās kā plāns apvalks, savukārt mantija sniedzas dziļumā līdz 45% no zemes rādiusa.
Bet 20. gadsimta vidū zinātnē ienāca idejas par dalītāku Zemes dziļo struktūru. Pamatojoties uz jauniem seismoloģiskiem datiem, izrādījās, ka ir iespējams sadalīt serdi iekšējā un ārējā, bet apvalku - apakšējā un augšējā (1. att.). Šis populārais modelis joprojām tiek izmantots šodien. To aizsāka Austrālijas seismologs K.E. Bullens, kurš 40. gadu sākumā ierosināja shēmu Zemes sadalīšanai zonās, kuras viņš apzīmēja ar burtiem: A - zemes garoza, B - zona dziļuma intervālā 33-413 km, C - zona 413- 984 km, D - zona 984-2898 km, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (Zemes centrs). Šīs zonas atšķiras pēc seismiskajām īpašībām. Vēlāk viņš sadalīja D zonu zonās D "(984-2700 km) un D" (2700-2900 km). Šobrīd šī shēma ir būtiski pārveidota, un literatūrā plaši tiek izmantots tikai D "slānis. Tā galvenā īpašība ir seismiskā ātruma gradientu samazināšanās, salīdzinot ar pārklājošo mantijas reģionu.
Iekšējais kodols, kura rādiuss ir 1225 km, ir ciets un ar augstu blīvumu 12,5 g/cm3. Ārējais kodols ir šķidrs, tā blīvums ir 10 g/cm3. Uz robežas starp serdi un apvalku ir straujš lēciens ne tikai garenisko viļņu ātrumā, bet arī blīvumā. Mantijā tas samazinās līdz 5,5 g/cm3. Slānis D", kas atrodas tiešā saskarē ar ārējo kodolu, izjūt savu ietekmi, jo temperatūra kodolā ievērojami pārsniedz mantijas temperatūru. Vietām šis slānis rada milzīgas siltuma un masas plūsmas, kas tiek virzītas uz Zemes virsmu cauri. mantijas siltuma un masas plūsmas, ko sauc par plūmēm.Tie var izpausties uz planētas lielu vulkānisku reģionu veidā, piemēram, Havaju salās, Islandē un citos reģionos.
D" slāņa augšējā robeža ir neskaidra; tās līmenis no kodola virsmas var svārstīties no 200 līdz 500 km vai vairāk. Tādējādi var
Var secināt, ka šis slānis atspoguļo nevienmērīgo un dažādās intensitātes kodolenerģijas ieplūšanu mantijas reģionā.
Seismiskais posms, kas atrodas 670 km dziļumā, aplūkojamajā shēmā kalpo kā robeža starp apakšējo un augšējo apvalku. Tam ir globāls sadalījums, un to pamato seismisko ātrumu lēciens to palielināšanās virzienā, kā arī apakšējās mantijas vielas blīvuma palielināšanās. Šis posms ir arī mantijas iežu minerālā sastāva izmaiņu robeža.
Tādējādi apakšējā mantija, kas atrodas starp dziļumiem no 670 līdz 2900 km, stiepjas gar Zemes rādiusu 2230 km garumā. Augšējā apvalkā ir labi nostiprināts iekšējais seismiskais posms, kas iet 410 km dziļumā. Šķērsojot šo robežu no augšas uz leju, seismiskie ātrumi strauji palielinās. Šeit, tāpat kā uz augšējās mantijas apakšējās robežas, notiek ievērojamas minerālu pārvērtības.
Augšējās mantijas augšējā daļa un zemes garoza ir sapludinātas kopā kā litosfēra, kas ir Zemes augšējais cietais apvalks, atšķirībā no hidroenerģijas un atmosfēras. Pateicoties litosfēras plātņu tektonikas teorijai, termins "litosfēra" ir kļuvis plaši izplatīts. Teorija paredz plākšņu kustību pa astenosfēru - mīkstinātu, daļēji, iespējams, šķidru dziļu slāni ar samazinātu viskozitāti. Tomēr seismoloģija neuzrāda kosmosā pastāvīgu astenosfēru. Daudzos apgabalos ir identificēti vairāki astenosfēras slāņi, kas atrodas gar vertikāli, kā arī to pārtraukumi gar horizontāli. To maiņa ir īpaši izteikta kontinentos, kur astenosfēras slāņu (lēcu) sastopamības dziļums svārstās no 100 km līdz daudziem simtiem.
Zem okeāna bezdibenes ieplakām astenosfēras slānis atrodas 70–80 km vai mazāk dziļumā. Attiecīgi litosfēras apakšējā robeža faktiski ir nenoteikta, un tas rada lielas grūtības litosfēras plākšņu kinemātikas teorijai, ko atzīmē daudzi pētnieki. Tie ir līdz šim attīstījušies priekšstatu par Zemes uzbūvi pamati. Tālāk mēs pievēršamies jaunākajiem datiem par dziļajām seismiskajām robežām, kas sniedz vissvarīgāko informāciju par planētas iekšējo uzbūvi.
3. Zemes ģeoloģiskā uzbūve
Zemes ģeoloģiskās struktūras vēsture parasti tiek attēlota secīgu posmu vai fāžu veidā. Ģeoloģiskais laiks tiek skaitīts no Zemes veidošanās sākuma.
1. fāze(4,7 - 4 miljardi gadu). Zeme veidojas no gāzes, putekļiem un planetezimāliem. Radioaktīvo elementu sabrukšanas un planetezimālu sadursmes laikā izdalītās enerģijas rezultātā Zeme pamazām sasilst. Milzu meteorīta krišana uz Zemes noved pie tā, ka izdalās materiāls, no kura veidojas Mēness.
Saskaņā ar citu koncepciju Proto-Mēness, kas atrodas uz vienas no heliocentriskajām orbītām, tika notverts ar Proto-Zeme, kā rezultātā izveidojās Zemes-Mēness binārā sistēma.
Zemes degazēšana noved pie atmosfēras veidošanās, kas sastāv galvenokārt no oglekļa dioksīda, metāna un amonjaka. Aplūkojamās fāzes beigās ūdens tvaiku kondensācijas dēļ sākas hidrosfēras veidošanās.
2. fāze(4 - 3,5 miljardi gadu). Parādās pirmās salas, protokontinenti, kas sastāv no akmeņiem, kas satur galvenokārt silīciju un alumīniju. Protkontinenti nedaudz paceļas virs joprojām ļoti seklajiem okeāniem.
3. fāze(3,5 - 2,7 miljardi gadu). Dzelzs sakrājas Zemes centrā un veido tās šķidro kodolu, kas izraisa magnetosfēras veidošanos. Tiek radīti priekšnoteikumi, lai parādītos pirmie organismi, baktērijas. Kontinentālās garozas veidošanās turpinās.
4. fāze(2,7 - 2,3 miljardi gadu). Izveidojas vienots superkontinents. Pangea, kurai pretojas virsokeāns Panthalassa.
5. fāze(2,3 - 1,5 miljardi gadu). Garozas un litosfēras atdzišana noved pie superkontinenta sadalīšanās blokos-mikroplātnēs, starp kurām atstarpes ir piepildītas ar nogulumiem un vulkāniem. Rezultātā veidojas salocītu virsmu sistēmas un veidojas jauns superkontinents Pangea I. Organisko pasauli pārstāv zilaļģes, kuru fotosintētiskā aktivitāte veicina atmosfēras bagātināšanos ar skābekli, kas noved pie organiskās pasaules tālāka attīstība.
6. fāze(1700 - 650 miljoni gadu). Notiek Pangea I iznīcināšana, veidojas baseini ar okeāniska tipa garozu. Tiek veidoti divi superkontinenti: Gondavana, kurā ietilpst Dienvidamerika, Āfrika, Madagaskara, Indija, Austrālija, Antarktīda un Laurāzija, kas ietver Ziemeļameriku, Grenlandi, Eiropu un Āziju (izņemot Indiju). Gondvānu un Laurāziju atdala Zīļu jūra. Tuvojas pirmie ledus laikmeti. Organiskā pasaule ir strauji piesātināta ar daudzšūnu organismiem, kas nav skeleta struktūras. Parādās pirmie skeleta organismi (trilobīti, mīkstmieši utt.). notiek naftas ieguve.
7. fāze(650 - 280 miljoni gadu). Apalaču kalnu josta Amerikā savieno Gondvānu ar Laurāziju – veidojas Pangea II. Ir norādītas kontūras
Paleozoja okeāni - Paleoatlantijas, Paleo-Tethys, Paleo-Āzijas. Gondvānu divreiz klāj apledojuma slānis. Parādās zivis, vēlāk - abinieki. Augi un dzīvnieki nonāk zemē. Sākas intensīva ogļu veidošanās.
8. fāze(280 - 130 miljoni gadu). Pangea II caurstrāvo arvien blīvāks kontinentālo rifu tīkls, spraugām līdzīgi grēdas zemes garozas paplašinājumi. Sākas superkontinenta šķelšanās. Āfrika atdalās no Dienvidamerikas un Hindustānas, bet pēdējā no Austrālijas un Antarktīdas. Beidzot Austrālija atdalās no Antarktīdas. Angiosperms attīsta lielus zemes plašumus. Dzīvnieku pasaulē dominē rāpuļi un abinieki, parādās putni un primitīvi zīdītāji. Perioda beigās iet bojā daudzas dzīvnieku grupas, tostarp milzīgi dinozauri. Šo parādību cēloņi parasti ir redzami vai nu Zemes sadursmē ar lielu asteroīdu, vai arī krasā vulkāniskās aktivitātes pieaugumā. Abas var izraisīt globālas izmaiņas (oglekļa dioksīda satura palielināšanos atmosfērā, lielu ugunsgrēku rašanos, zeltījumu), kas nav savienojamas ar daudzu dzīvnieku sugu pastāvēšanu.
9. fāze(130 miljoni gadu - 600 tūkstoši gadu). Kontinentu un okeānu vispārējā konfigurācija piedzīvo lielas izmaiņas, jo īpaši Eirāzija ir atdalīta no Ziemeļamerikas, Antarktīda no Dienvidamerikas. Kontinentu un okeānu izplatība ir kļuvusi ļoti tuva mūsdienu. Apskatāmā perioda sākumā klimats visā Zemē ir silts un mitrs. Perioda beigas raksturo krasi klimatiskie kontrasti. Pēc Antarktīdas apledojuma sākas Arktikas apledojums. Fauna un flora attīstās tuvu mūsdienu. Parādās pirmie mūsdienu cilvēka senči.
10. fāze(modernitāte). Starp litosfēru un zemes kodolu magmas plūsmas paceļas un krīt, caur garozas plaisām tās plīst uz augšu. Okeāna garozas fragmenti nogrimst līdz pašam kodolam, pēc tam uzpeld un, iespējams, veido jaunas salas. Litosfēras plāksnes saduras viena ar otru, un tās pastāvīgi ietekmē magmas plūsmas. Vietās, kur plāksnes atšķiras, veidojas jauni litosfēras segmenti. Nepārtraukti notiek sauszemes matērijas diferenciācijas process, kas pārveido visu Zemes ģeoloģisko apvalku stāvokli, ieskaitot kodolu.
Secinājums
Zemi izceļ pati daba: Saules sistēmā tikai uz šīs planētas ir attīstītas dzīvības formas, tikai uz tās lokālā matērijas sakārtotība ir sasniegusi neparasti augstu līmeni, turpinot vispārējo matērijas attīstības līniju. Tieši uz Zemes ir iziets visgrūtākais pašorganizēšanās posms, kas iezīmē dziļu kvalitatīvu lēcienu uz augstākajām kārtības formām.
Zeme ir lielākā planēta savā grupā. Bet, kā liecina aplēses, pat tādi izmēri un masa izrādās minimāli, pie kuriem planēta spēj saglabāt savu gāzveida atmosfēru. Zeme intensīvi zaudē ūdeņradi un dažas citas vieglās gāzes, ko apliecina tā sauktās Zemes strūklas novērojumi.
Zemes atmosfēra būtiski atšķiras no citu planētu atmosfēras: tajā ir zems oglekļa dioksīda saturs, augsts molekulārā skābekļa saturs un salīdzinoši augsts ūdens tvaiku saturs. Zemes atmosfēras izšķiršanai ir divi iemesli: okeānu un jūru ūdens labi absorbē oglekļa dioksīdu, un biosfēra piesātina atmosfēru ar molekulāro skābekli, kas veidojas augu fotosintēzes procesā. Aprēķini liecina, ka, ja mēs atbrīvotu visu okeānos absorbēto un saistīto oglekļa dioksīdu, vienlaikus izvadot no atmosfēras visu augu dzīves rezultātā uzkrāto skābekli, tad zemes atmosfēras sastāvs tā galvenajās pazīmēs kļūtu līdzīgs sastāvam. Venēras un Marsa atmosfērā.
Zemes atmosfērā piesātinātie ūdens tvaiki rada mākoņu slāni, kas pārklāj ievērojamu planētas daļu. Zemes mākoņi ir būtisks elements ūdens ciklā, kas notiek uz mūsu planētas hidrosfēras – atmosfēras – sauszemes sistēmā.
Mūsdienās uz Zemes aktīvi norisinās tektoniskie procesi, tās ģeoloģiskā vēsture nebūt nav pabeigta. Ik pa laikam planētu darbības atbalsis izpaužas ar tādu spēku, ka izraisa lokālus katastrofālus satricinājumus, kas skar dabu un cilvēku civilizāciju. Paleontologi apgalvo, ka Zemes agrīnās jaunības laikmetā tās tektoniskā aktivitāte bija vēl augstāka. Mūsdienu planētas reljefs ir veidojies un turpina mainīties tektonisko, hidrosfērisko, atmosfēras un bioloģisko procesu kombinētās iedarbības ietekmē uz tās virsmas.
Bibliogrāfija
V.F. Tulinovs "Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni": mācību grāmata universitātēm. - M .: UNITI-DANA, 2004
A.V. Bjalko "Mūsu planēta - Zeme" - M. Nauka, 1989
G.V. Voitkevičs "Zemes rašanās teorijas pamati" - M Nedra, 1988
Fiziskā enciklopēdija. Tt. 1-5. - M. Lielā krievu enciklopēdija, 1988-1998.
Ievads…………………………………………………………………………..3
Zemes vēsture………………………………………………………………4
Zemes uzbūves seismiskais modelis……………………………………6
Zemes ģeoloģiskā uzbūve……………………………………………9
Secinājums……………………………………………………………………….13
Atsauces……………………………………………………………15
EKONOMIKAS UN UZŅĒMĒJDARBĪBAS INSTITŪTS
Neklātienes
ESEJA
Par tēmu "Mūsdienu dabaszinātņu jēdzieni" Zeme Zeme un Saule ir galvenais dzīvības faktors ZemeAbstrakts >> Bioloģija
1. Zeme un tā vieta Visumā Zeme. Forma, izmērs un reljefs. Iekšējais struktūra. Mēness. Zeme, trešais... 384400 km. Iekšēji struktūra Galvenā loma iekšējā izpētē ēkas Zeme seismiskās metodes spēlē...
20. gadsimtā, veicot neskaitāmus pētījumus, cilvēce atklāja zemes iekšpuses noslēpumu, zemes uzbūve kontekstā kļuva zināma ikvienam skolēnam. Tiem, kas vēl nezina, no kā sastāv zeme, kādi ir tās galvenie slāņi, to sastāvs, kā sauc planētas plānāko daļu, uzskaitīsim vairākus nozīmīgus faktus.
Saskarsmē ar
Planētas Zeme forma un izmērs
Pretēji izplatītajam nepareizajam priekšstatam mūsu planēta nav apaļa. Tās formu sauc par ģeoīdu, un tā ir nedaudz saplacināta bumbiņa. Vietas, kur zemeslode ir saspiesta, sauc par poliem. Zemes griešanās ass iet cauri poliem, mūsu planēta ap to veic vienu apgriezienu 24 stundās - zemes dienā.
Vidū planētu ieskauj iedomāts aplis, kas sadala ģeoīdu ziemeļu un dienvidu puslodē.
Neatkarīgi no ekvatora ir meridiāni – apļi perpendikulāri ekvatoram un iet caur abiem poliem. Viens no tiem, kas iet cauri Griničas observatorijai, tiek saukts par nulli - tas kalpo kā atskaites punkts ģeogrāfiskajam garumam un laika zonām.
Galvenie zemeslodes raksturlielumi ir:
- diametrs (km.): ekvatoriālais - 12 756, polārais (pie poliem) - 12 713;
- ekvatora garums (km.) - 40 057, meridiāns - 40 008.
Tātad, mūsu planēta ir sava veida elipse - ģeoīds, kas rotē ap savu asi, kas iet caur diviem poliem - ziemeļiem un dienvidiem.
Ģeoīda centrālo daļu ieskauj ekvators - aplis, kas sadala mūsu planētu divās puslodēs. Lai noteiktu, kāds ir zemes rādiuss, izmantojiet pusi no tās diametra vērtībām pie poliem un ekvatora.
Un tagad par to no kā sastāv zeme ar kādiem gliemežvākiem tas ir pārklāts un ar ko Zemes šķērsgriezuma struktūra.
Zemes čaumalas
Zemes pamata čaulas atšķirt pēc to satura. Tā kā mūsu planēta ir sfēriska, tās čaulas, ko kopā satur gravitācija, sauc par sfērām. Ja paskatās uz s zemes trīsvienība sadaļā, tad var redzēt trīs jomas:
Kārtībā(sākot no planētas virsmas) tie atrodas šādi:
- Litosfēra ir ciets planētas apvalks, ieskaitot minerālu zemes slāņi.
- Hidrosfēra – satur ūdens resursus – upes, ezerus, jūras un okeānus.
- Atmosfēra - ir gaisa apvalks, kas ieskauj planētu.
Turklāt tiek izdalīta arī biosfēra, kurā ietilpst visi dzīvie organismi, kas apdzīvo citas čaulas.
Svarīgs! Daudzi zinātnieki norāda uz planētas populāciju uz atsevišķu milzīgu apvalku, ko sauc par antroposfēru.
Zemes čaulas - litosfēra, hidrosfēra un atmosfēra - izšķir pēc viendabīgas sastāvdaļas apvienošanas principa. Litosfērā - tie ir cietie ieži, augsne, planētas iekšējais saturs, hidrosfērā - viss, atmosfērā - viss gaiss un citas gāzes.
Atmosfēra
Atmosfēra ir gāzveida apvalks tā sastāvā ietilpst: , slāpeklis, oglekļa dioksīds, gāze, putekļi.
- Troposfēra - zemes augšējais slānis, kas satur lielāko daļu zemes gaisa un stiepjas no virsmas līdz 8-10 (poliem) augstumam līdz 16-18 km (pie ekvatora). Troposfērā veidojas mākoņi un dažādas gaisa masas.
- Stratosfēra ir slānis, kurā gaisa saturs ir daudz zemāks nekā troposfērā. Viņa vidējais biezums ir 39-40 km. Šis slānis sākas pie troposfēras augšējās robežas un beidzas aptuveni 50 km augstumā.
- Mezosfēra ir atmosfēras slānis, kas stiepjas no 50-60 līdz 80-90 km virs zemes virsmas. Raksturīgs ar vienmērīgu temperatūras pazemināšanos.
- Termosfēra - atrodas 200-300 km attālumā no planētas virsmas, atšķiras no mezosfēras ar temperatūras paaugstināšanos, palielinoties augstumam.
- Eksosfēra - sākas no augšējās robežas, atrodas zem termosfēras, un pakāpeniski pāriet atklātā telpā, to raksturo zems gaisa saturs, augsts saules starojums.
Uzmanību! Stratosfērā aptuveni 20-25 km augstumā ir plāns ozona slānis, kas aizsargā visu planētas dzīvību no kaitīgajiem ultravioletajiem stariem. Bez tā visa dzīvā būtne ļoti drīz būtu gājusi bojā.
Atmosfēra ir zemes apvalks, bez kura dzīvība uz planētas nebūtu iespējama.
Tas satur dzīvo organismu elpošanai nepieciešamo gaisu, nosaka piemērotus laika apstākļus, aizsargā planētu no saules starojuma negatīvā ietekme.
Atmosfēra sastāv no gaisa, savukārt gaiss ir aptuveni 70% slāpekļa, 21% skābekļa, 0,4% oglekļa dioksīda un citas retās gāzes.
Turklāt aptuveni 50 km augstumā atmosfērā atrodas nozīmīgs ozona slānis.
Hidrosfēra
Hidrosfēra ir visi šķidrumi uz planētas.
Šis apvalks pēc atrašanās vietas ūdens resursi un to sāļuma pakāpe ietver:
- pasaules okeāns ir milzīga telpa, ko aizņem sālsūdens, un tajā ietilpst četras un 63 jūras;
- kontinentu virszemes ūdeņi ir saldūdens, kā arī dažkārt iesāļas ūdenstilpes. Tos pēc plūstamības pakāpes iedala rezervuāros ar tecējumu - upes un ūdenskrātuvēs ar stāvošu ūdeni - ezeriem, dīķiem, purviem;
- gruntsūdeņi - saldūdens zem zemes virsmas. Dziļums to sastopamība svārstās no 1-2 līdz 100-200 un vairāk metriem.
Svarīgs! Milzīgs daudzums saldūdens šobrīd atrodas ledus veidā – mūsdienās mūžīgā sasaluma zonās ledāju, milzīgu aisbergu, pastāvīga nekūstoša sniega veidā ir aptuveni 34 miljoni km3 saldūdens krājumu.
Hidrosfēra galvenokārt ir, svaiga dzeramā ūdens avots, viens no galvenajiem klimata veidošanās faktoriem. Ūdens resursi tiek izmantoti kā saziņas līdzekļi un tūrisma un atpūtas (atpūtas) objekti.
Litosfēra
Litosfēra ir cieta ( minerāls) zemes slāņi.Šī apvalka biezums svārstās no 100 (zem jūrām) līdz 200 km (zem kontinentiem). Litosfēra ietver zemes garozu un mantijas augšējo daļu.
Tas, kas atrodas zem litosfēras, ir tieši mūsu planētas iekšējā struktūra.
Litosfēras plātnes galvenokārt sastāv no bazalta, smiltīm un māliem, akmens un arī augsnes slāņa.
Zemes uzbūves shēma kopā ar litosfēru attēlo šādi slāņi:
- Zemes garoza - augšējais, kas sastāv no nogulumiežiem, bazalta, metamorfiskiem iežiem un auglīgas augsnes. Atkarībā no atrašanās vietas ir kontinentālā un okeāniskā garoza;
- mantija - atrodas zem zemes garozas. Tas sver aptuveni 67% no planētas kopējās masas. Šī slāņa biezums ir aptuveni 3000 km. Mantijas augšējais slānis ir viskozs, atrodas 50-80 km dziļumā (zem okeāniem) un 200-300 km dziļumā (zem kontinentiem). Apakšējie slāņi ir cietāki un blīvāki. Mantijas sastāvs ietver smagus dzelzs un niķeļa materiālus. Mantijā notiekošie procesi nosaka daudzas parādības uz planētas virsmas (seismiskie procesi, vulkānu izvirdumi, nogulumu veidošanās);
- Zemes centrālā daļa ir kodols, kas sastāv no iekšējās cietās un ārējās šķidrās daļas. Ārējās daļas biezums ap 2200 km, iekšējās 1300 km. Attālums no virsmas d par zemes kodolu ir aptuveni 3000-6000 km. Temperatūra planētas centrā ir aptuveni 5000 Cº. Pēc daudzu zinātnieku domām, kodols zeme pie sastāvs ir smags dzelzs-niķeļa kausējums ar citu elementu piejaukumu, kas pēc īpašībām ir līdzīgs dzelzs.
Svarīgs!Šaurā zinātnieku lokā papildus klasiskajam modelim ar daļēji izkusušu smago serdi pastāv arī teorija, ka planētas centrā atrodas iekšējs gaismeklis, kuru no visām pusēm ieskauj iespaidīgs ūdens slānis. Šī teorija, papildus nelielam piekritēju lokam zinātnieku aprindās, ir atradusi plašu apriti zinātniskās fantastikas literatūrā. Piemērs ir romāns V.A. Obručeva "Plutonija", kas stāsta par krievu zinātnieku ekspedīciju uz dobumu planētas iekšienē ar savu nelielo spīdekli un uz virsmas izmirušo dzīvnieku un augu pasauli.
Tāds ierasts zemes struktūras karte, ieskaitot zemes garozu, apvalku un kodolu, katru gadu arvien vairāk uzlabojas un pilnveidojas.
Daudzi modeļa parametri līdz ar pētījumu metožu uzlabošanu un jaunu iekārtu parādīšanos tiks atjaunināti vairāk nekā vienu reizi.
Piemēram, lai precīzi zinātu cik kilometru līdz kodola ārējā daļa, tas prasīs vairāk gadu zinātnisku pētījumu.
Šobrīd cilvēka izraktās dziļākās raktuves zemes garozā ir aptuveni 8 kilometri, tāpēc mantijas un vēl jo vairāk planētas kodola izpēte iespējama tikai teorētiskā kontekstā.
Zemes slāņu struktūra
Mēs pētām, no kādiem slāņiem Zeme sastāv no iekšpuses
Secinājums
Ņemot vērā Zemes šķērsgriezuma struktūra mēs esam redzējuši, cik interesanta un sarežģīta ir mūsu planēta. Tās uzbūves izpēte nākotnē palīdzēs cilvēcei izprast dabas parādību noslēpumus, precīzāk prognozēs postošas dabas katastrofas un atklās jaunas, vēl neizveidotas derīgo izrakteņu atradnes.
Notiek ielāde...